JP2022097687A - Imaging element and imaging apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress fluctuations in the conversion gain of a charge voltage.
SOLUTION: An imaging element includes a microlens through which light is allowed to transmitted, a plurality of photoelectric conversion units that photoelectrically convert the light transmitted through the microlens, a first photoelectric conversion unit from among the plurality of photoelectric conversion units, a second photoelectric conversion unit from among the plurality of photoelectric conversion units, a first floating diffusion to which a first charge converted photoelectrically by the first photoelectric conversion unit is transferred, a second floating diffusion to which a second charge converted photoelectrically by the second photoelectric conversion unit is transferred, a first amplification unit connected to the first floating diffusion, a second amplification unit connected to the second floating diffusion, a first signal line connected to the first amplification unit, a second signal line connected to the second amplification unit, and a first connection switch that is controlled so as to be able to connect the first amplification unit and the first signal line, and connect the second amplification unit and the second signal line.
SELECTED DRAWING: Figure 1
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。 The present invention relates to an image pickup device and an image pickup apparatus.

2つの受光素子の電荷を加算(混合)し、加算電荷に対応する電位を読み出す撮像装置が知られている(特許文献1)。しかし、従来の撮像装置は、加算電荷を電位に変換する際の変換ゲインが変動するという問題があった。 An image pickup device that adds (mixes) the charges of two light receiving elements and reads out the potential corresponding to the added charges is known (Patent Document 1). However, the conventional image pickup apparatus has a problem that the conversion gain when converting the added charge into the potential fluctuates.

日本国特開2016-139859号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-139859

本発明の第1の態様によると、撮像素子は、光を透過させるマイクロレンズと、前記マイクロレンズを透過した光を光電変換する複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部のうち第1の光電変換部と、前記複数の光電変換部のうち第2の光電変換部と、前記第1の光電変換部で光電変換された第1の電荷が転送される第1のフローティングディフュージョンと、前記第2の光電変換部で光電変換された第2の電荷が転送される第2のフローティングディフュージョンと、前記第1のフローティングディフュージョンと接続される第1の増幅部と、前記第2のフローティングディフュージョンと接続される第2の増幅部と、前記第1の増幅部と接続される第1の信号線と、前記第2の増幅部と接続される第2の信号線と、前記第1の増幅部と前記第1の信号線との間と、前記第2の増幅部と前記第2の信号線との間とを接続可能に制御される第1の接続スイッチと、を備える。
また、本発明の第2の態様によると、撮像装置は、第1の態様に記載の撮像素子と、前記撮像素子に被写体からの光を結像させる撮像光学系と、前記撮像素子と前記撮像光学系とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記第1の接続スイッチが切断状態のときに、前記撮像素子から出力される信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出部を有する。
また、本発明の第3の態様によると、撮像装置は、第1の態様に記載の撮像素子を備える。
According to the first aspect of the present invention, the image pickup device is the first of the microlens that transmits light, a plurality of photoelectric conversion units that photoelectrically convert the light transmitted through the microlens, and the plurality of photoelectric conversion units. The photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units, the first floating diffusion to which the first charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit is transferred, and the above. A second floating diffusion to which the second charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit is transferred, a first amplification unit connected to the first floating diffusion unit, and the second floating diffusion unit. The second amplification unit to be connected, the first signal line connected to the first amplification unit, the second signal line connected to the second amplification unit, and the first amplification unit. The first connection switch is controlled so as to be connectable between the first signal line and the second signal line, and between the second amplification unit and the second signal line.
Further, according to the second aspect of the present invention, the image pickup apparatus includes the image pickup element according to the first aspect, an image pickup optical system for forming an image of light from a subject on the image pickup element, and the image pickup element and the image pickup. The control unit includes a control unit that controls the optical system, and the control unit performs focus detection of the image pickup optical system based on a signal output from the image pickup element when the first connection switch is disconnected. It has a detection unit.
Further, according to the third aspect of the present invention, the image pickup device includes the image pickup device according to the first aspect.

第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the image pickup apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る画素の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the composition of the pixel which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の動作例を説明するための図。The figure for demonstrating the operation example of the image pickup element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の別の動作例を説明するための図。The figure for demonstrating another operation example of the image pickup device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of a part of the image pickup element which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the operation example of the image pickup device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る撮像素子の別の動作例を示すタイミングチャート。A timing chart showing another operation example of the image pickup device according to the first embodiment. 第2の実施の形態に係る画素の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the composition of the pixel which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施の形態に係る画素の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the composition of the pixel which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of a part of the image pickup element which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る撮像素子の動作例を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the operation example of the image pickup device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施の形態に係る撮像素子の別の動作例を示すタイミングチャート。A timing chart showing another operation example of the image pickup device according to the third embodiment. 変形例1に係る画素の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of the pixel which concerns on modification 1.

(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図1では、第1の実施の形態に係る撮像装置の一例である電子カメラ1(以下、カメラ1と称する)の構成例を示す。カメラ1は、撮像光学系(結像光学系)2、撮像素子3、制御部4、メモリ5、表示部6、及び操作部7を備える。撮像光学系2は、焦点調節レンズ(フォーカスレンズ)を含む複数のレンズ及び絞りを有し、撮像素子3に被写体像を結像する。なお、撮像光学系2は、カメラ1から着脱可能にしてもよい。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an image pickup apparatus according to the first embodiment. FIG. 1 shows a configuration example of an electronic camera 1 (hereinafter referred to as a camera 1) which is an example of an image pickup apparatus according to the first embodiment. The camera 1 includes an image pickup optical system (imaging optical system) 2, an image pickup element 3, a control unit 4, a memory 5, a display unit 6, and an operation unit 7. The image pickup optical system 2 has a plurality of lenses and an aperture including a focus adjustment lens (focus lens), and forms a subject image on the image pickup element 3. The image pickup optical system 2 may be detachable from the camera 1.

撮像素子3は、例えば、CMOSイメージセンサである。撮像素子3は、撮像光学系2の射出瞳を通過した光束を受光して、被写体像を撮像する。撮像素子3には、後に詳述するように、マイクロレンズと、複数の光電変換部(例えば2つの光電変換部)とを有する複数の画素が二次元状(行方向及びそれと交差する列方向)に配置される。光電変換部は、例えばフォトダイオード(PD)によって構成される。撮像素子3は、入射した光を光電変換して信号を生成し、生成した信号を制御部4に出力する。 The image sensor 3 is, for example, a CMOS image sensor. The image pickup element 3 receives a light beam that has passed through the exit pupil of the image pickup optical system 2 and images a subject image. As will be described in detail later, the image sensor 3 has a plurality of pixels having a microlens and a plurality of photoelectric conversion units (for example, two photoelectric conversion units) in a two-dimensional shape (row direction and column direction intersecting the row direction). Is placed in. The photoelectric conversion unit is composed of, for example, a photodiode (PD). The image pickup device 3 photoelectrically converts the incident light to generate a signal, and outputs the generated signal to the control unit 4.

撮像素子3は、詳細は後述するが、画像データを生成するための信号すなわち撮像信号と、撮像光学系2の焦点について位相差式焦点検出を行うための一対の焦点検出信号すなわち第1及び第2の焦点検出信号とを、制御部4に出力する。この第1及び第2の焦点検出信号は、撮像光学系2の射出瞳の第1及び第2の領域をそれぞれ通過した第1及び第2の光束による第1及び第2の像をそれぞれ光電変換した信号である。 Although the details of the image pickup element 3 will be described later, the image pickup element 3 is a signal for generating image data, that is, an image pickup signal, and a pair of focus detection signals, that is, first and first focus detection signals for performing phase difference type focus detection for the focal point of the image pickup optical system 2. The focus detection signal of 2 is output to the control unit 4. The first and second focus detection signals photoelectrically convert the first and second images of the first and second luminous fluxes that have passed through the first and second regions of the exit pupil of the imaging optical system 2, respectively. It is a signal.

メモリ5は、例えば、メモリカード等の記録媒体である。メモリ5には、画像データ等が記録される。メモリ5へのデータの書き込みや、メモリ5からのデータの読み出しは、制御部4によって行われる。表示部6は、画像データに基づく画像、シャッター速度や絞り値等の撮影に関する情報、及びメニュー画面等を表示する。操作部7は、レリーズボタン、電源スイッチなどの各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に応じた操作信号を制御部4へ出力する。 The memory 5 is, for example, a recording medium such as a memory card. Image data and the like are recorded in the memory 5. The control unit 4 performs writing of data to the memory 5 and reading of data from the memory 5. The display unit 6 displays an image based on image data, information on shooting such as a shutter speed and an aperture value, a menu screen, and the like. The operation unit 7 includes various setting switches such as a release button and a power switch, and outputs an operation signal corresponding to each operation to the control unit 4.

制御部4は、CPU、ROM、RAM等により構成され、制御プログラムに基づきカメラ1の各部を制御する。制御部4は、画像データ生成部4aと、焦点検出部4bとを有する。画像データ生成部4aは、撮像素子3から出力される撮像信号に各種の画像処理を行って画像データを生成する。画像処理には、例えば、階調変換処理、色補間処理、輪郭強調処理等の公知の画像処理が含まれる。 The control unit 4 is composed of a CPU, ROM, RAM, etc., and controls each unit of the camera 1 based on a control program. The control unit 4 has an image data generation unit 4a and a focus detection unit 4b. The image data generation unit 4a performs various image processing on the image pickup signal output from the image pickup element 3 to generate image data. The image processing includes known image processing such as gradation conversion processing, color interpolation processing, and contour enhancement processing.

焦点検出部4bは、公知の位相差検出方式により、撮像光学系2の自動焦点調節(AF)に必要な焦点検出処理を行う。具体的には、焦点検出部4bは、撮像素子3から出力される一対の焦点検出信号に基づき、第1及び第2の像の像ズレ量を検出し、検出した像ズレ量に基づいてデフォーカス量を算出する。焦点調節レンズがデフォーカス量に応じて駆動されることにより、焦点調節が自動で行われる。 The focus detection unit 4b performs focus detection processing necessary for automatic focus adjustment (AF) of the image pickup optical system 2 by a known phase difference detection method. Specifically, the focus detection unit 4b detects the amount of image deviation of the first and second images based on the pair of focus detection signals output from the image sensor 3, and degenerates based on the detected amount of image deviation. Calculate the focus amount. Focus adjustment is automatically performed by driving the focus adjustment lens according to the amount of defocus.

制御部4は、撮像素子3の各画素の複数の光電変換部からの信号を個別に読み出す処理(第1の制御モード)と、複数の光電変換部からの信号を加算して読み出す処理(第2の制御モード)とを行う。本実施の形態では、詳細は後述するが、制御部4は、第1の制御モードの場合は、第1の光電変換部で生成された電荷による信号と第2の光電変換部で生成された電荷による信号を、一対の焦点検出信号として個別に、即ち独立に読み出す。 The control unit 4 has a process of individually reading signals from a plurality of photoelectric conversion units of each pixel of the image sensor 3 (first control mode) and a process of adding and reading signals from a plurality of photoelectric conversion units (first control mode). 2 control modes) and. In the present embodiment, the details will be described later, but in the case of the first control mode, the control unit 4 is generated by the signal due to the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. The electric charge signals are read out individually, that is, independently as a pair of focus detection signals.

第2の制御モードでは、制御部4は、第1及び第2の光電変換部の各々からの信号を加算する処理を行って、撮像信号として読み出す。ここで、「加算する処理」とは、複数の信号を平均化する処理や、複数の信号に対して重み付けを行って加算する処理等を含む。制御部4は、位相差方式のAFを行う場合は第1の制御モードを行って撮像素子3から一対の焦点検出信号を読み出し、画像データの生成を行う場合は第2の制御モードを行って撮像素子3から撮像信号を読み出す。 In the second control mode, the control unit 4 performs a process of adding signals from each of the first and second photoelectric conversion units and reads them out as an image pickup signal. Here, the "addition process" includes a process of averaging a plurality of signals, a process of weighting and adding a plurality of signals, and the like. The control unit 4 performs a first control mode when performing phase difference AF, reads a pair of focus detection signals from the image sensor 3, and performs a second control mode when generating image data. The image pickup signal is read out from the image pickup element 3.

図2は、第1の実施の形態に係る撮像素子3の画素の構成を示す回路図である。画素10は、マイクロレンズMLと、第1の光電変換部11aと、第2の光電変換部11bと、第1の転送部12aと、第2の転送部12bと、第1のリセット部13aと、第2のリセット部13bと、第1のフローティングディフュージョン(FD)14aと、第2のフローティングディフュージョン(FD)14bとを有する。画素10は、さらに、第1の増幅部15aと、第2の増幅部15bと、第1の選択部16aと、第2の選択部16bと、加算スイッチ部17と、結合スイッチ部18とを有する。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a pixel configuration of the image pickup device 3 according to the first embodiment. The pixel 10 includes a microlens ML, a first photoelectric conversion unit 11a, a second photoelectric conversion unit 11b, a first transfer unit 12a, a second transfer unit 12b, and a first reset unit 13a. , A second reset unit 13b, a first floating diffusion (FD) 14a, and a second floating diffusion (FD) 14b. The pixel 10 further includes a first amplification unit 15a, a second amplification unit 15b, a first selection unit 16a, a second selection unit 16b, an addition switch unit 17, and a coupling switch unit 18. Have.

マイクロレンズMLは、図1の撮像光学系2を介して入射された光を第1の光電変換部11a及び第2の光電変換部11bに集光する。なお、マイクロレンズMLは、マイクロレンズMLを通過した光束が第1及び第2の光電変換部11a、11bに入射することを示すために、第1及び第2の光電変換部11a、11bを囲む楕円形状の線で示されている。この楕円形状がマイクロレンズMLの実際の大きさや、実際の形状を表すものではない。 The microlens ML collects the light incident through the image pickup optical system 2 of FIG. 1 on the first photoelectric conversion unit 11a and the second photoelectric conversion unit 11b. The microlens ML surrounds the first and second photoelectric conversion units 11a and 11b in order to show that the light flux passing through the microlens ML is incident on the first and second photoelectric conversion units 11a and 11b. It is indicated by an elliptical line. This elliptical shape does not represent the actual size or the actual shape of the microlens ML.

第1の光電変換部11a及び第2の光電変換部11bは、フォトダイオードPD(PDa、PDb)であり、入射した光を電荷に変換し、光電変換された電荷を蓄積する機能を有する。第1の光電変換部11a及び第2の光電変換部11bは、一つのマイクロレンズMLに対応して配置され、撮像光学系2の射出瞳の互いに異なる領域を通過した光束を受光する。すなわち、第1の光電変換部11a及び第2の光電変換部11bは、撮像光学系2の射出瞳の第1及び第2の領域をそれぞれ通過した第1及び第2の光束による第1及び第2の像をそれぞれ光電変換する。 The first photoelectric conversion unit 11a and the second photoelectric conversion unit 11b are photodiodes PD (PDa, PDb), and have a function of converting incident light into electric charges and accumulating the photoelectrically converted electric charges. The first photoelectric conversion unit 11a and the second photoelectric conversion unit 11b are arranged corresponding to one microlens ML, and receive light flux that has passed through different regions of the exit pupil of the imaging optical system 2. That is, the first photoelectric conversion unit 11a and the second photoelectric conversion unit 11b are the first and second light fluxes of the first and second light fluxes that have passed through the first and second regions of the exit pupil of the imaging optical system 2, respectively. Each of the two images is photoelectrically converted.

第1の転送部12aは、信号TX1により制御されるトランジスタM1aから構成され、第1の光電変換部11aで光電変換された電荷を第1のFD14aに転送する。すなわち、第1の転送部12aは、第1の光電変換部11a及び第1のFD14aの間に電荷転送路を形成する。トランジスタM1aは、第1の転送トランジスタである。第1のFD14aの容量Caは、第1のFD14aに転送された電荷を蓄積(保持)して、電荷を容量Caの容量値で除算した電圧に変換する。容量を示す符号Caは、第1のFD14aに付加される容量を模式的に示している。容量Caには、第1のFD14aに接続される第1の増幅部15aのゲート容量等の各トランジスタの容量(寄生容量)や配線容量などが含まれる。なお、ゲート容量は、トランジスタのゲートとバックゲートとの間の寄生容量である。 The first transfer unit 12a is composed of the transistor M1a controlled by the signal TX1, and transfers the charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit 11a to the first FD 14a. That is, the first transfer unit 12a forms a charge transfer path between the first photoelectric conversion unit 11a and the first FD 14a. The transistor M1a is a first transfer transistor. The capacitance Ca of the first FD14a accumulates (retains) the charge transferred to the first FD14a and converts the charge into a voltage divided by the capacitance value of the capacitance Ca. The reference numeral Ca indicating the capacity schematically indicates the capacity added to the first FD14a. The capacitance Ca includes the capacitance (parasitic capacitance) of each transistor such as the gate capacitance of the first amplification unit 15a connected to the first FD 14a, the wiring capacitance, and the like. The gate capacitance is a parasitic capacitance between the gate and the back gate of the transistor.

第1の増幅部15aは、容量Caに蓄積された電荷による信号を増幅して出力する。第1の増幅部15aは、ドレイン(端子)、ゲート(端子)及びソース(端子)がそれぞれ、電源VDD、第1のFD14a及び第1の選択部16aに接続されるトランジスタM3aにより構成される。第1の増幅部15aのソースは、第1の選択部16aを介して第1の垂直信号線VLaに接続される。第1の増幅部15aは、図3に示す第1の電流源25aを負荷電流源としてソースフォロワ回路の一部として機能する。トランジスタM3aは、第1の増幅トランジスタである。 The first amplification unit 15a amplifies and outputs a signal due to the electric charge stored in the capacitance Ca. The first amplification unit 15a is composed of a transistor M3a in which a drain (terminal), a gate (terminal) and a source (terminal) are connected to a power supply VDD, a first FD14a and a first selection unit 16a, respectively. The source of the first amplification unit 15a is connected to the first vertical signal line VLa via the first selection unit 16a. The first amplification unit 15a functions as a part of the source follower circuit using the first current source 25a shown in FIG. 3 as a load current source. The transistor M3a is a first amplification transistor.

第1のリセット部13aは、信号RS1により制御されるトランジスタM2aから構成され、容量Caの電荷をリセットし、第1のFD14aの電圧をリセットする。トランジスタM2aは、第1のリセットトランジスタである。第1の選択部16aは、信号SEL1により制御されるトランジスタM4aから構成され、第1の増幅部15aからの信号を第1の垂直信号線VLaに出力する。トランジスタM4aは、第1の選択トランジスタである。本実施の形態による第1の出力部は、第1の増幅部15aと第1の選択部16aとで構成され、第1の光電変換部11aにより生成された電荷に基づく信号を生成し出力する。 The first reset unit 13a is composed of the transistor M2a controlled by the signal RS1, resets the charge of the capacitance Ca, and resets the voltage of the first FD 14a. The transistor M2a is a first reset transistor. The first selection unit 16a is composed of a transistor M4a controlled by the signal SEL1 and outputs a signal from the first amplification unit 15a to the first vertical signal line VLa. The transistor M4a is a first selection transistor. The first output unit according to the present embodiment is composed of a first amplification unit 15a and a first selection unit 16a, and generates and outputs a signal based on the electric charge generated by the first photoelectric conversion unit 11a. ..

第2の転送部12bは、信号TX2により制御されるトランジスタM1bから構成され、第2の光電変換部11bで光電変換された電荷を第2のFD14bに転送する。すなわち、第2の転送部12bは、第2の光電変換部11b及び第2のFD14bの間に電荷転送路を形成する。トランジスタM1bは、第2の転送トランジスタである。第2のFD14bの容量Cbは、第2のFD14bに転送された電荷を蓄積して、電荷を容量Cbの容量値で除算した電圧に変換する。容量を示す符号Cbは、第2のFD14bに付加される容量を模式的に示している。容量Cbには、第2のFD14bに接続される第2の増幅部15bのゲート容量等の各トランジスタの容量や配線容量などが含まれる。 The second transfer unit 12b is composed of the transistor M1b controlled by the signal TX2, and transfers the charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit 11b to the second FD 14b. That is, the second transfer unit 12b forms a charge transfer path between the second photoelectric conversion unit 11b and the second FD 14b. The transistor M1b is a second transfer transistor. The capacitance Cb of the second FD 14b accumulates the charge transferred to the second FD 14b and converts the charge into a voltage divided by the capacitance value of the capacitance Cb. The reference numeral Cb indicating the capacitance schematically indicates the capacitance added to the second FD14b. The capacitance Cb includes the capacitance of each transistor such as the gate capacitance of the second amplification unit 15b connected to the second FD 14b, the wiring capacitance, and the like.

第2の増幅部15bは、容量Cbに蓄積された電荷による信号を増幅して出力する。第2の増幅部15bは、ドレイン、ゲート及びソースがそれぞれ、電源VDD、第2のFD14b及び第2の選択部16bに接続されるトランジスタM3bにより構成される。第2の増幅部15bのソースは、第2の選択部16bを介して第2の垂直信号線VLbに接続される。第2の増幅部15bは、図3に示す第2の電流源25bを負荷電流源としてソースフォロワ回路の一部として機能する。トランジスタM3bは、第2の増幅トランジスタである。 The second amplification unit 15b amplifies and outputs a signal due to the electric charge stored in the capacitance Cb. The second amplification unit 15b is composed of a transistor M3b in which a drain, a gate, and a source are connected to a power supply VDD, a second FD14b, and a second selection unit 16b, respectively. The source of the second amplification unit 15b is connected to the second vertical signal line VLb via the second selection unit 16b. The second amplification unit 15b functions as a part of the source follower circuit using the second current source 25b shown in FIG. 3 as a load current source. The transistor M3b is a second amplification transistor.

第2のリセット部13bは、信号RS2により制御されるトランジスタM2bから構成され、容量Cbの電荷をリセットし、第2のFD14bの電圧をリセットする。トランジスタM2bは、第2のリセットトランジスタである。第2の選択部16bは、信号SEL2により制御されるトランジスタM4bから構成され、第2の増幅部15bからの信号を第2の垂直信号線VLbに出力する。トランジスタM4bは、第2の選択トランジスタである。本実施の形態による第2の出力部は、第2の増幅部15bと第2の選択部16bとで構成され、第2の光電変換部11bにより生成された電荷に基づく信号を生成し出力する。 The second reset unit 13b is composed of the transistor M2b controlled by the signal RS2, resets the charge of the capacitance Cb, and resets the voltage of the second FD 14b. The transistor M2b is a second reset transistor. The second selection unit 16b is composed of a transistor M4b controlled by the signal SEL2, and outputs a signal from the second amplification unit 15b to the second vertical signal line VLb. The transistor M4b is a second selection transistor. The second output unit according to the present embodiment is composed of a second amplification unit 15b and a second selection unit 16b, and generates and outputs a signal based on the charge generated by the second photoelectric conversion unit 11b. ..

加算スイッチ部17は、信号ADD_FDにより制御されるトランジスタM7から構成され、第1のFD14aと第2のFD14bとを接続(結合)する。結合スイッチ部18は、信号ADD_SFにより制御されるトランジスタM8から構成され、第1の増幅部15aと第2の増幅部15bとを接続する。より詳しくは、結合スイッチ部18は、第1の増幅部15aのトランジスタM3aのソースと第2の増幅部15bのトランジスタM3bのソースとを接続する。また、結合スイッチ部18が、第1の増幅部15aと第1の選択部16aの間と、第2の増幅部15bと第2の選択部16bの間とを接続するともいえる。 The addition switch unit 17 is composed of a transistor M7 controlled by the signal ADD_FD, and connects (couples) the first FD14a and the second FD14b. The coupling switch unit 18 is composed of a transistor M8 controlled by the signal ADD_SF, and connects the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b. More specifically, the coupling switch unit 18 connects the source of the transistor M3a of the first amplification unit 15a and the source of the transistor M3b of the second amplification unit 15b. Further, it can be said that the coupling switch unit 18 connects between the first amplification unit 15a and the first selection unit 16a, and between the second amplification unit 15b and the second selection unit 16b.

第1の制御モードでは、制御部4は、撮像素子3を制御して、加算スイッチ部17のトランジスタM7をオフ(状態)とし、結合スイッチ部18のトランジスタM8もオフとする。第1の光電変換部11aで光電変換された電荷は、第1の転送部12aによって第1のFD14aに転送される。そして、第1のFD14aに転送された電荷に応じた信号(第1の画素信号)が、第1の増幅部15a及び第1の選択部16aによって第1の垂直信号線VLaに読み出される。また、第2の光電変換部11bで光電変換された電荷は、第2の転送部12bによって第2のFD14bに転送される。第2のFD14bに転送された電荷に応じた信号(第2の画素信号)が、第2の増幅部15b及び第2の選択部16bによって第2の垂直信号線VLbに読み出される。 In the first control mode, the control unit 4 controls the image pickup element 3 to turn off the transistor M7 of the addition switch unit 17 and turn off the transistor M8 of the coupling switch unit 18. The electric charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit 11a is transferred to the first FD 14a by the first transfer unit 12a. Then, the signal corresponding to the electric charge transferred to the first FD 14a (first pixel signal) is read out to the first vertical signal line VLa by the first amplification unit 15a and the first selection unit 16a. Further, the electric charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit 11b is transferred to the second FD 14b by the second transfer unit 12b. The signal corresponding to the electric charge transferred to the second FD 14b (second pixel signal) is read out to the second vertical signal line VLb by the second amplification unit 15b and the second selection unit 16b.

このように、第1の制御モードでは、第1の光電変換部11aからの電荷に応じて生成された第1の画素信号が第1の垂直信号線VLaに出力され、第2の光電変換部11bからの電荷に応じて生成された第2の画素信号が第2の垂直信号線VLbに出力される。第1の画素信号及び第2の画素信号は、後述するカラム回路等による信号処理が施された後に、一対の焦点検出信号として制御部4に出力される。 As described above, in the first control mode, the first pixel signal generated according to the electric charge from the first photoelectric conversion unit 11a is output to the first vertical signal line VLa, and the second photoelectric conversion unit is used. The second pixel signal generated according to the charge from 11b is output to the second vertical signal line VLb. The first pixel signal and the second pixel signal are output to the control unit 4 as a pair of focus detection signals after being subjected to signal processing by a column circuit or the like described later.

次に、第2の制御モードの基本動作を説明する。第2の制御モードにおいては、制御部4は、加算スイッチ部17のトランジスタM7をオンとし、結合スイッチ部18のトランジスタM8もオンとする。また、制御部4は、例えば、第1の選択部16aのトランジスタM4aをオンとし、第2の選択部16bのトランジスタM4bをオフとする。第1及び第2の光電変換部11a、11bでそれぞれ光電変換された電荷は、第1及び第2の転送部12a、12bによってそれぞれ転送され、加算スイッチ部17によって加算されて、第1及び第2のFD14a、14bに蓄積される。第1及び第2の増幅部15a、15bと結合スイッチ部18と第1の選択部16aとによって、加算された電荷に応じて加算画素信号が生成されて、第1の垂直信号線VLaに読み出される。 Next, the basic operation of the second control mode will be described. In the second control mode, the control unit 4 turns on the transistor M7 of the addition switch unit 17 and also turns on the transistor M8 of the coupling switch unit 18. Further, the control unit 4 turns on the transistor M4a of the first selection unit 16a and turns off the transistor M4b of the second selection unit 16b, for example. The charges photoelectrically converted by the first and second photoelectric conversion units 11a and 11b are transferred by the first and second transfer units 12a and 12b, respectively, and added by the addition switch unit 17, and the first and second charges are added. It is accumulated in FD14a and 14b of 2. The first and second amplification units 15a and 15b, the coupling switch unit 18 and the first selection unit 16a generate an addition pixel signal according to the added charge and read it out to the first vertical signal line VLa. Is done.

なお、第2の制御モードにおいて、第1の選択部16aのトランジスタM4aをオフとし、第2の選択部16bのトランジスタM4bをオンとした場合には、加算画素信号は、第2の垂直信号線VLbに読み出される。 In the second control mode, when the transistor M4a of the first selection unit 16a is turned off and the transistor M4b of the second selection unit 16b is turned on, the additive pixel signal is the second vertical signal line. Read to VLb.

本実施の形態にあっては、第2の制御モードは、2次元配置された画素10の1行毎に信号を読み出す1行読み出し方式と、2行同時に信号を読み出す2行同時読み出し方式とを有する。以下に、第2の制御モードの「1行読み出し方式」を図3を参照して説明し、第2の制御モードの「2行同時読み出し方式」を図4を参照して説明する。 In the present embodiment, the second control mode includes a one-line reading method for reading a signal for each row of pixels 10 arranged two-dimensionally and a two-line simultaneous reading method for reading signals at the same time for two lines. Have. Hereinafter, the "one-line read method" of the second control mode will be described with reference to FIG. 3, and the "two-line simultaneous read method" of the second control mode will be described with reference to FIG.

図3は、2次元状に配置された複数の画素10のうちの一つの画素列を示したものである。撮像素子3には、列方向、すなわち縦方向に並んだ複数の画素10の列に対して、第1の垂直信号線VLa及び第2の垂直信号線VLbが設けられる。また、第1の垂直信号線VLaに対して第1の電流源25a及び第1のカラム回路部40aが設けられ、第2の垂直信号線VLbに対して第2の電流源25b及び第2のカラム回路部40bが設けられる。なお、図3に示す例では、説明を簡略化するために、画素10は行方向1画素×列方向3画素のみ図示しているが、撮像素子3は、例えば数百万画素~数億画素、又はそれ以上の画素を有する。 FIG. 3 shows one of a plurality of pixels 10 arranged in a two-dimensional manner. The image pickup device 3 is provided with a first vertical signal line VLa and a second vertical signal line VLb for a row of a plurality of pixels 10 arranged in a row direction, that is, in a vertical direction. Further, the first current source 25a and the first column circuit unit 40a are provided for the first vertical signal line VLa, and the second current source 25b and the second current source 25b and the second for the second vertical signal line VLb. A column circuit unit 40b is provided. In the example shown in FIG. 3, for simplification of the explanation, only 1 pixel in the row direction × 3 pixels in the column direction is shown, but the image sensor 3 has, for example, several million pixels to several hundred million pixels. , Or more pixels.

第1の電流源25aは、第1の垂直信号線VLaを介して各画素10に接続され、第2の電流源25bは、第2の垂直信号線VLbを介して各画素10に接続される。第1の電流源25a及び第2の電流源25bは、各画素10から信号を読み出すための電流を生成する。第1の電流源25aは、生成した電流を第1の垂直信号線VLaと各画素10の第1の選択部16a及び第1の増幅部15aとに供給する。同様に、第2の電流源25bは、生成した電流を第2の垂直信号線VLbと各画素10の第2の選択部16b及び第2の増幅部15bとに供給する。 The first current source 25a is connected to each pixel 10 via the first vertical signal line VLa, and the second current source 25b is connected to each pixel 10 via the second vertical signal line VLb. .. The first current source 25a and the second current source 25b generate a current for reading a signal from each pixel 10. The first current source 25a supplies the generated current to the first vertical signal line VLa and the first selection unit 16a and the first amplification unit 15a of each pixel 10. Similarly, the second current source 25b supplies the generated current to the second vertical signal line VLb and the second selection unit 16b and the second amplification unit 15b of each pixel 10.

第1のカラム回路部40a及び第2のカラム回路部40bは、それぞれアナログ/デジタル変換部(AD変換部)を含んで構成される。第1のカラム回路部40aは、各画素10から第1の垂直信号線VLaを介して入力される信号をデジタル信号に変換する。第2のカラム回路部40bは、各画素10から第2の垂直信号線VLbを介して入力される信号をデジタル信号に変換する。第1のカラム回路部40a及び第2のカラム回路部40bは、変換後のデジタル信号を後述する水平転送部に出力する。 The first column circuit unit 40a and the second column circuit unit 40b are configured to include an analog / digital conversion unit (AD conversion unit), respectively. The first column circuit unit 40a converts a signal input from each pixel 10 via the first vertical signal line VLa into a digital signal. The second column circuit unit 40b converts a signal input from each pixel 10 via the second vertical signal line VLb into a digital signal. The first column circuit unit 40a and the second column circuit unit 40b output the converted digital signal to the horizontal transfer unit described later.

第2の制御モードの1行読み出し方式では、撮像素子3は、第1の光電変換部11aの電荷と第2の光電変換部11bの電荷とを加算した電荷に応じた信号(加算画素信号)を、例えば第1の垂直信号線VLaに読み出す。図3に示す例では、1行目の画素10、即ち最下行の画素10から加算画素信号を読み出す例を示しており、1行目の画素10において、加算スイッチ部17のトランジスタM7がオンとなり、結合スイッチ部18のトランジスタM8もオンとなっている。また、第1の選択部16aのトランジスタM4aがオン、第2の選択部16bのトランジスタM4bがオフになっている。他方、2行目及び3行目等のその他の行の画素10においては、第1及び第2の選択部16a、16bのトランジスタM4a、M4bがオフになっている。なお、図3において、ONはトランジスタがオン(接続状態、導通状態、短絡状態)であることを示し、OFFはトランジスタがオフ(切断状態、非導通状態、開放状態、遮断状態)であることを示している。 In the one-line readout method of the second control mode, the image sensor 3 receives a signal (additional pixel signal) corresponding to the charge obtained by adding the charge of the first photoelectric conversion unit 11a and the charge of the second photoelectric conversion unit 11b. Is read out to, for example, the first vertical signal line VLa. The example shown in FIG. 3 shows an example of reading an additional pixel signal from the pixel 10 in the first row, that is, the pixel 10 in the bottom row. In the pixel 10 in the first row, the transistor M7 of the addition switch unit 17 is turned on. , The transistor M8 of the coupling switch unit 18 is also turned on. Further, the transistor M4a of the first selection unit 16a is on, and the transistor M4b of the second selection unit 16b is off. On the other hand, in the pixels 10 of the other rows such as the second row and the third row, the transistors M4a and M4b of the first and second selection portions 16a and 16b are turned off. In FIG. 3, ON indicates that the transistor is on (connected state, conduction state, short-circuit state), and OFF indicates that the transistor is off (disconnected state, non-conducting state, open state, cut-off state). Shows.

1行目の画素10において、加算スイッチ部17のトランジスタM7がオンとなることで、第1のFD14aと第2のFD14bとが互いに電気的に接続される。また、第1の転送部12aと第2の転送部12bとが互いに電気的に接続される。これにより、第1の光電変換部11aから転送された電荷と第2の光電変換部11bから転送された電荷とが加算される。第1の光電変換部11a及び第2の光電変換部11bの各々により生成された電荷が、混合(合成)されるともいえる。容量Caと容量Cbとが電気的に接続された状態となり、第1の光電変換部11a及び第2の光電変換部11bから転送された電荷が容量Caと容量Cbとに分配され、第1のFD14aの電圧と第2のFD14bの電圧とが平均化され、第1及び第2の増幅部15a、15bに入力される。即ち、第1の増幅部15a及び第2の増幅部15bの各々には、容量Caの蓄積電荷と容量Cbの蓄積電荷とを加算した電荷を、容量Caと容量Cbとの合成容量値で除算した電圧が入力される。 In the pixel 10 of the first row, the transistor M7 of the addition switch unit 17 is turned on, so that the first FD14a and the second FD14b are electrically connected to each other. Further, the first transfer unit 12a and the second transfer unit 12b are electrically connected to each other. As a result, the electric charge transferred from the first photoelectric conversion unit 11a and the electric charge transferred from the second photoelectric conversion unit 11b are added. It can also be said that the charges generated by each of the first photoelectric conversion unit 11a and the second photoelectric conversion unit 11b are mixed (synthesized). The capacitance Ca and the capacitance Cb are electrically connected, and the electric charge transferred from the first photoelectric conversion unit 11a and the second photoelectric conversion unit 11b is distributed to the capacitance Ca and the capacitance Cb, and the first. The voltage of the FD 14a and the voltage of the second FD 14b are averaged and input to the first and second amplification units 15a and 15b. That is, in each of the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b, the charge obtained by adding the accumulated charge of the capacitance Ca and the accumulated charge of the capacitance Cb is divided by the combined capacitance value of the capacitance Ca and the capacitance Cb. The applied voltage is input.

第1の選択部16aのトランジスタM4aがオンとなり、第2の選択部16bのトランジスタM4bがオフとなり、結合スイッチ部18のトランジスタM8がオンとなることで、第1及び第2の増幅部15a、15bは共に、第1の電流源25aから電流が供給されて飽和領域での動作となる。第1及び第2の増幅部15a、15bのトランジスタM3a、M3bが飽和領域での動作となるので、第1及び第2の増幅部15a、15bのゲート容量は共に略一定の容量値となる。 The transistor M4a of the first selection unit 16a is turned on, the transistor M4b of the second selection unit 16b is turned off, and the transistor M8 of the coupling switch unit 18 is turned on, so that the first and second amplification units 15a, Both 15b are operated in the saturation region by being supplied with a current from the first current source 25a. Since the transistors M3a and M3b of the first and second amplification units 15a and 15b operate in the saturation region, the gate capacitances of the first and second amplification units 15a and 15b both have substantially constant capacitance values.

このように第1及び第2の増幅部15a、15bのゲート容量が略一定値であるので、第1のFD14aの容量及び第2のFD14bの容量も、所定値のままである。従って、第1の増幅部15a及び第2の増幅部15bは、容量Caの蓄積電荷と容量Cbの蓄積電荷とを加算した電荷を、容量Caと容量Cbとの合成容量値で除算した電圧に基づき、増幅した信号をそれぞれ出力する。第1の増幅部15aの信号と第2の増幅部15bの信号とは、第1の選択部16aを介して、加算画素信号として、第1の垂直信号線VLaに送られる。 As described above, since the gate capacitances of the first and second amplification units 15a and 15b are substantially constant values, the capacitance of the first FD14a and the capacitance of the second FD14b also remain at predetermined values. Therefore, the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b divide the charge obtained by adding the accumulated charge of the capacitance Ca and the accumulated charge of the capacitance Cb by the combined capacitance value of the capacitance Ca and the capacitance Cb to the voltage. Based on this, each amplified signal is output. The signal of the first amplification unit 15a and the signal of the second amplification unit 15b are sent to the first vertical signal line VLa as an additive pixel signal via the first selection unit 16a.

以上のように、第1の垂直信号線VLaに1行目の画素10から加算画素信号が読み出されると、その後に、撮像素子3では、2行目、3行目と画素10が行単位で順次選択されて、画素10から第1の垂直信号線VLaに加算画素信号の読み出しが行われる。第1の垂直信号線VLaに出力された画素10の加算画素信号は、第1のカラム回路部40aによりデジタル信号に変換された後に、撮像信号として制御部4に出力される。 As described above, when the additional pixel signal is read from the pixel 10 in the first row on the first vertical signal line VLa, after that, in the image sensor 3, the second row, the third row and the pixel 10 are in line units. The pixels are sequentially selected, and the addition pixel signal is read from the pixel 10 to the first vertical signal line VLa. The additive pixel signal of the pixel 10 output to the first vertical signal line VLa is converted into a digital signal by the first column circuit unit 40a, and then output to the control unit 4 as an image pickup signal.

図3に示す例では、各行の画素10の加算画素信号は、第1の垂直信号線VLaに読み出される。このため、撮像素子3は、加算画素信号が読み出されない第2の垂直信号線VLbに接続される第2の電流源25bによる電流の生成を停止させることができ、撮像素子3の消費電力を低減させることができる。なお、第1の選択部16aのトランジスタM4aをオフ、第2の選択部16bのトランジスタM4bをオンとした場合は、第2の垂直信号線VLbに画素10から加算画素信号を読み出すことができる。 In the example shown in FIG. 3, the additive pixel signal of the pixel 10 in each row is read out to the first vertical signal line VLa. Therefore, the image sensor 3 can stop the generation of the current by the second current source 25b connected to the second vertical signal line VLb from which the additional pixel signal is not read, and consumes the power of the image sensor 3. It can be reduced. When the transistor M4a of the first selection unit 16a is turned off and the transistor M4b of the second selection unit 16b is turned on, the additive pixel signal can be read out from the pixel 10 to the second vertical signal line VLb.

本実施の形態にあっては、第1及び第2のFD14a、14bが電荷を電圧に変換する際の変換ゲイン、即ち容量Caと容量Cbとの合成容量値の逆数が、常に略一定である。このため、加算画素信号は、第1及び第2のFD14a、14bの蓄積電荷に依存し、直線性(リニアリティ)が高い信号となる。以下に、第1及び第2のFD14a、14bの変換ゲインが常に略一定であることを、比較例と対比して説明する。 In the present embodiment, the conversion gain when the first and second FDs 14a and 14b convert the electric charge into a voltage, that is, the reciprocal of the combined capacitance value of the capacitance Ca and the capacitance Cb is always substantially constant. .. Therefore, the additive pixel signal depends on the accumulated charges of the first and second FDs 14a and 14b, and becomes a signal having high linearity. Hereinafter, it will be described that the conversion gains of the first and second FDs 14a and 14b are always substantially constant in comparison with the comparative example.

本実施の形態では、上述のようにトランジスタM4aとトランジスタM8とがオンとなり、トランジスタM4bがオフとなることで、トランジスタM3a、M3bは共に、第1の電流源25aから電流が供給されて飽和領域での動作となる。このため、第1及び第2の増幅部15a、15bのトランジスタM3a、M3bのゲート容量は共に、略一定の容量値となり、実質的に変動しない。従って、第1のFD14aの容量Ca及び第2のFD14bの容量Cbも、トランジスタM3a、M3bのゲート容量の変動の影響を受けることなく、所定値のまま、即ち、略一定値である。よって、第1及び第2のFD14a、14bの変換ゲインが常に略一定となる。画素の微細化が進むと、第1及び第2のFD14a、14bの合成容量に対するゲート容量の比が大きくなることが考えられ、この場合にゲート容量が変動して第1及び第2のFD14a、14bの電荷電圧変換の直線性が悪化することを防ぐすることができる。 In the present embodiment, as described above, the transistor M4a and the transistor M8 are turned on and the transistor M4b is turned off, so that the transistors M3a and M3b are both supplied with current from the first current source 25a to be in the saturation region. It becomes the operation in. Therefore, the gate capacitances of the transistors M3a and M3b of the first and second amplification units 15a and 15b are both substantially constant capacitance values and do not substantially fluctuate. Therefore, the capacitance Ca of the first FD14a and the capacitance Cb of the second FD14b also remain at predetermined values, that is, substantially constant values, without being affected by fluctuations in the gate capacitance of the transistors M3a and M3b. Therefore, the conversion gains of the first and second FDs 14a and 14b are always substantially constant. As the miniaturization of pixels progresses, it is considered that the ratio of the gate capacitance to the combined capacitance of the first and second FD14a and 14b increases, and in this case, the gate capacitance fluctuates and the first and second FD14a, It is possible to prevent the linearity of the charge-voltage conversion of 14b from deteriorating.

これに対して、比較例は、図3の画素10において、結合スイッチ部18を削除したものである。第1の選択部16aのトランジスタM4aをオンし、第2の選択部16bのトランジスタM4bをオフにすると、第1の増幅部15aに電流が供給されるが、第2の増幅部15bには電流が供給されず、第2の増幅部15bは弱反転領域での動作となる。この弱反転領域での動作により、第2の増幅部15bのトランジスタM3bのゲート容量は、ゲートに入力される信号に応じて変動する状態となる。第2の増幅部15bのゲート容量の変動によって、第1及び第2のFD14a、14bの容量も変動を受け、電荷電圧の変換ゲインが変動してしまう。 On the other hand, in the comparative example, the coupling switch unit 18 is deleted in the pixel 10 of FIG. When the transistor M4a of the first selection unit 16a is turned on and the transistor M4b of the second selection unit 16b is turned off, a current is supplied to the first amplification unit 15a, but a current is supplied to the second amplification unit 15b. Is not supplied, and the second amplification unit 15b operates in the weak inversion region. Due to the operation in this weak inversion region, the gate capacitance of the transistor M3b of the second amplification unit 15b changes according to the signal input to the gate. Due to the fluctuation of the gate capacitance of the second amplification unit 15b, the capacitances of the first and second FDs 14a and 14b are also changed, and the conversion gain of the charge voltage is changed.

図4は、第2の制御モードの2行同時読み出し方式を説明するための図である。第2の制御モードの2行同時読み出し方式は、二つの行の画素について、一方の行の画素からは加算画素信号を第1の垂直信号線VLaに読み出し、これと同時に他方の行の画素からは加算画素信号を第2の垂直信号線VLbに読み出すものである。以下に詳細に説明する。 FIG. 4 is a diagram for explaining a two-line simultaneous reading method of the second control mode. In the two-row simultaneous readout method of the second control mode, for the pixels of the two rows, the additive pixel signal is read from the pixels of one row to the first vertical signal line VLa, and at the same time, from the pixels of the other row. Reads the additive pixel signal to the second vertical signal line VLb. This will be described in detail below.

図4において、最下行の1行目の画素10では、加算スイッチ部17のトランジスタM7がオン、結合スイッチ部18のトランジスタM8もオン、第1の選択部16aのトランジスタM4aもオン、第2の選択部16bのトランジスタM4bがオフとなっている。また、1行目の画素に隣接する2行目の画素10では、加算スイッチ部17のトランジスタM7がオン、結合スイッチ部18のトランジスタM8もオン、第1の選択部16aのトランジスタM4aがオフ、第2の選択部16bのトランジスタM4bがオンとなっている。 In FIG. 4, in the pixel 10 in the first row of the bottom row, the transistor M7 of the addition switch unit 17 is turned on, the transistor M8 of the coupling switch unit 18 is also turned on, the transistor M4a of the first selection unit 16a is also turned on, and the second The transistor M4b of the selection unit 16b is turned off. Further, in the pixel 10 of the second row adjacent to the pixel of the first row, the transistor M7 of the addition switch unit 17 is turned on, the transistor M8 of the coupling switch unit 18 is also turned on, and the transistor M4a of the first selection unit 16a is turned off. The transistor M4b of the second selection unit 16b is turned on.

1行目及び2行目の画素10の各々において、加算スイッチ部17のトランジスタM7がオン状態であるため、第1の光電変換部11aから転送された電荷と第2の光電変換部11bから転送された電荷とが加算される。また、1行目の画素10の各々において、第1の選択部16aのオン及び結合スイッチ部18のオンによって、第1の電流源25aは、電流を第1の増幅部15aと第2の増幅部15bとにそれぞれ供給する。他方、2行目の画素10の各々において、第2の選択部16bのオン及び結合スイッチ部18のオンによって、第2の電流源25bは、電流を第1の増幅部15aと第2の増幅部15bとにそれぞれ供給する。こうして、1行目及び2行目とも、各画素10の第1及び第2の増幅部15a、15bのトランジスタM3a、M3bは、飽和領域での動作となり、トランジスタM3a、M3bのゲート容量は共に、略一定値となる。 Since the transistor M7 of the addition switch unit 17 is in the ON state in each of the pixels 10 in the first row and the second row, the electric charge transferred from the first photoelectric conversion unit 11a and the charge transferred from the second photoelectric conversion unit 11b are transferred. The added charge is added. Further, in each of the pixels 10 in the first row, the first current source 25a amplifies the current by the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15a by turning on the first selection unit 16a and the coupling switch unit 18. It is supplied to each of the parts 15b. On the other hand, in each of the pixels 10 in the second row, by turning on the second selection section 16b and turning on the coupling switch section 18, the second current source 25b amplifies the current by the first amplification section 15a and the second amplification section. It is supplied to each of the parts 15b. In this way, in both the first and second rows, the transistors M3a and M3b of the first and second amplification units 15a and 15b of each pixel 10 operate in the saturation region, and the gate capacitances of the transistors M3a and M3b are both. It becomes a substantially constant value.

第1の垂直信号線VLaには、1行目の画素10から加算された電荷に基づく加算画素信号が読み出され、これと同時に第2の垂直信号線VLbには、2行目の画素10から加算された電荷に基づく加算画素信号が読み出される。1行目及び2行目の画素の同時読み出しが終了すると、3行目及び4行目の画素からの同時読み出しが行われ、更にそれ以降の互いに隣接する奇数行目及び偶数行目の画素からの同時読み出しが順次行われる。 An additional pixel signal based on the charge added from the pixel 10 in the first line is read out from the first vertical signal line VLa, and at the same time, the pixel 10 in the second line is read from the second vertical signal line VLb. An additional pixel signal based on the charge added from is read out. When the simultaneous reading of the pixels of the first row and the second row is completed, the simultaneous reading from the pixels of the third row and the fourth row is performed, and further, from the pixels of the odd-numbered rows and the even-numbered rows adjacent to each other thereafter. Simultaneous reading is performed sequentially.

このように、図4に示す2行同時読み出し方式では、2行分の画素の加算画素信号の読み出しを同時に行うことができる。このため、撮像素子3に配置された各画素10から高速に信号を読み出すことができる。また、2行同時読み出し方式でも、第1及び第2の増幅部15a、15bのトランジスタM3a、M3bは、第1の電流源25a又は第2の電流源25bからの電流が供給されて、飽和領域での動作となる。このため、トランジスタM3a、M3bのゲート容量は共に略一定値となり、加算画素信号は、第1及び第2のFD14a、14bの蓄積電荷に依存し、直線性が高い信号となる。 As described above, in the two-line simultaneous reading method shown in FIG. 4, it is possible to simultaneously read the additional pixel signal of the pixels for two lines. Therefore, a signal can be read out at high speed from each pixel 10 arranged in the image sensor 3. Further, even in the two-row simultaneous reading method, the transistors M3a and M3b of the first and second amplification units 15a and 15b are supplied with the current from the first current source 25a or the second current source 25b and are in the saturation region. It becomes the operation in. Therefore, the gate capacitances of the transistors M3a and M3b are both substantially constant values, and the additive pixel signal depends on the accumulated charges of the first and second FD14a and 14b, and becomes a signal with high linearity.

図5~図7を参照して、第1の実施の形態に係る撮像素子3のより詳細な回路構成及び動作について説明する。図5は、第1の実施の形態に係る撮像素子3の画素10を2次元状に示すと共に、より詳細な回路構成を示す回路図である。図6は、第2の制御モードの1行読み出し方式の場合の撮像素子3の動作例を示すタイミングチャートである。図7は、第2の制御モードの2行同時読み出し方式の場合の撮像素子3の動作例を示すタイミングチャートである。 A more detailed circuit configuration and operation of the image pickup device 3 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 7. FIG. 5 is a circuit diagram showing the pixels 10 of the image pickup device 3 according to the first embodiment in a two-dimensional manner and showing a more detailed circuit configuration. FIG. 6 is a timing chart showing an operation example of the image pickup device 3 in the case of the one-line readout method of the second control mode. FIG. 7 is a timing chart showing an operation example of the image pickup device 3 in the case of the two-row simultaneous readout method of the second control mode.

図5に示すように、撮像素子3は、行列状に配置される複数の画素10と、第1の電流源25a(第1の電流源25a1~第1の電流源25a3)と、第2の電流源25b(第2の電流源25b1~第2の電流源25b3)とを有する。また、撮像素子3は、第1の電流制御部30a(第1の電流制御部30a1~第1の電流制御部30a3)と、第2の電流制御部30b(第2の電流制御部30b1~第2の電流制御部30b3)とを有する。撮像素子3は、さらに、第1のカラム回路部40a(第1のカラム回路部40a1~第1のカラム回路部40a3)と、第2のカラム回路部40b(第2のカラム回路部40b1~第2のカラム回路部40b3)と、垂直転送部50と、水平転送部60とを有する。 As shown in FIG. 5, the image pickup element 3 includes a plurality of pixels 10 arranged in a matrix, a first current source 25a (first current source 25a1 to first current source 25a3), and a second current source 25a3. It has a current source 25b (second current source 25b1 to second current source 25b3). Further, the image pickup device 3 includes a first current control unit 30a (first current control unit 30a1 to first current control unit 30a3) and a second current control unit 30b (second current control unit 30b1 to second). It has a current control unit 30b3) of 2. The image pickup element 3 further includes a first column circuit unit 40a (first column circuit unit 40a1 to first column circuit unit 40a3) and a second column circuit unit 40b (second column circuit unit 40b1 to first). It has a column circuit unit 40b3) of 2), a vertical transfer unit 50, and a horizontal transfer unit 60.

画素10の各列に対応して、第1の垂直信号線VLa(第1の垂直信号線VLa1~第1の垂直信号線VLa3)、及び第2の垂直信号線VLb(第2の垂直信号線VLb1~第2の垂直信号線VLb3)が設けられる。第1の垂直信号線VLaに対して、第1の電流源25a、第1の電流制御部30a、及び第1のカラム回路部40aが設けられる。また、第2の垂直信号線VLbに対して、第2の電流源25b、第2の電流制御部30b、及び第2のカラム回路部30bが設けられる。なお、図5に示す例では、説明を簡略化するために、画素10は行方向3画素×列方向3画素のみ図示している。図5に示す複数の画素10のうちの左下の画素10を第1行第1列の画素10(0,0)とし、図5では画素10(0,0)から画素10(2,2)までを図示している。第1の電流源25a及び第2の電流源25bは、例えば、それぞれ2つトランジスタのカスコード接続によって構成され、バイアス電圧(電圧Bias1、電圧Bias2)に基づいて電流を生成する。 A first vertical signal line VLa (first vertical signal line VLa1 to a first vertical signal line VLa3) and a second vertical signal line VLb (second vertical signal line) corresponding to each row of the pixel 10. VLb1 to the second vertical signal line VLb3) are provided. A first current source 25a, a first current control unit 30a, and a first column circuit unit 40a are provided for the first vertical signal line VLa. Further, a second current source 25b, a second current control unit 30b, and a second column circuit unit 30b are provided for the second vertical signal line VLb. In the example shown in FIG. 5, for simplification of the explanation, only 3 pixels in the row direction × 3 pixels in the column direction are shown as the pixels 10. Of the plurality of pixels 10 shown in FIG. 5, the lower left pixel 10 is defined as the pixel 10 (0,0) in the first row and the first column, and in FIG. 5, the pixels 10 (0,0) to the pixel 10 (2,2). Up to is illustrated. The first current source 25a and the second current source 25b are each composed of, for example, a cascode connection of two transistors, and generate a current based on a bias voltage (voltage Bias 1, voltage Bias 2).

垂直転送部50は、信号TX、信号RS、信号SEL1、信号SEL2、信号ADD_FD、信号ADD_SF、及び電源電圧VDDを各画素10に供給して、各画素10を制御する。第1の電流制御部30aは、スイッチ部31a、32a、及びインバータ部33aを有し、第2の電流制御部30bは、スイッチ部31b、32b、及びインバータ部33bを有する。垂直転送部50は、信号CS1_EN、信号CS2_EN、及び電圧Vclipを、第1の電流制御部30a及び第2の電流制御部30bに供給する。なお、図5に示す例では、画素10の第1の転送部12a及び第2の転送部12bは、同一の信号TXにより制御され、第1のリセット部13a及び第2のリセット部13bは、同一の信号RSにより制御される。 The vertical transfer unit 50 supplies the signal TX, the signal RS, the signal SEL1, the signal SEL2, the signal ADD_FD, the signal ADD_SF, and the power supply voltage VDD to each pixel 10 to control each pixel 10. The first current control unit 30a has switch units 31a and 32a, and an inverter unit 33a, and the second current control unit 30b has switch units 31b, 32b, and an inverter unit 33b. The vertical transfer unit 50 supplies the signal CS1_EN, the signal CS2_EN, and the voltage Vclip to the first current control unit 30a and the second current control unit 30b. In the example shown in FIG. 5, the first transfer unit 12a and the second transfer unit 12b of the pixel 10 are controlled by the same signal TX, and the first reset unit 13a and the second reset unit 13b are It is controlled by the same signal RS.

水平転送部60は、第1のカラム回路部40a及び第2のカラム回路部40bによって変換されたデジタル信号を、不図示の信号処理部に順次転送する。信号処理部は、水平転送部60から入力された信号に対して相関二重サンプリングや信号量を補正する処理等の信号処理を行い、カメラ1の制御部4に出力する。 The horizontal transfer unit 60 sequentially transfers the digital signals converted by the first column circuit unit 40a and the second column circuit unit 40b to a signal processing unit (not shown). The signal processing unit performs signal processing such as correlation double sampling and processing for correcting the signal amount with respect to the signal input from the horizontal transfer unit 60, and outputs the signal to the control unit 4 of the camera 1.

図6に示すタイミングチャートにおいて、横軸は時刻を示しており、第2の制御モードの1行読み出し方式の場合に図5の撮像素子3の各部に入力される制御信号を示している。また、図6において、制御信号がハイレベル(例えば電源電位)の場合に制御信号が入力されるトランジスタがオン状態となり、制御信号がローレベル(例えば接地電位)の場合に制御信号が入力されるトランジスタがオフ状態となる。 In the timing chart shown in FIG. 6, the horizontal axis indicates the time, and indicates the control signal input to each part of the image pickup device 3 of FIG. 5 in the case of the one-line readout method of the second control mode. Further, in FIG. 6, the transistor to which the control signal is input is turned on when the control signal is at a high level (for example, power supply potential), and the control signal is input when the control signal is at a low level (for example, ground potential). The transistor turns off.

垂直転送部50は、信号ADD_FD及び信号ADD_SFをハイレベルにして、第2の制御モードに設定する。信号ADD_FDがハイレベルになることで、各画素10の第1のFD14aと第2のFD14bとが互いに電気的に接続される。また、信号ADD_SFがハイレベルになることで、各画素10の第1の増幅部15aと第2の増幅部15bとが電気的に接続される。 The vertical transfer unit 50 sets the signal ADD_FD and the signal ADD_SF to a high level and sets the second control mode. When the signal ADD_FD becomes high level, the first FD14a and the second FD14b of each pixel 10 are electrically connected to each other. Further, when the signal ADD_SF becomes high level, the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b of each pixel 10 are electrically connected.

信号CS1_ENはハイレベルにされ、信号CS2_ENはローレベルにされる。信号CS1_ENがハイレベルになることで、第1の電流制御部30aのスイッチ部31aがオンとなり、スイッチ部32aはインバータ部33aによりローレベルが入力されることでオフとなる。これにより、第1の垂直信号線VLaには、スイッチ部31aを介して第1の電流源25aから電流が供給される。 The signal CS1_EN is set to high level and the signal CS2_EN is set to low level. When the signal CS1_EN becomes high level, the switch unit 31a of the first current control unit 30a is turned on, and the switch unit 32a is turned off when the low level is input by the inverter unit 33a. As a result, a current is supplied to the first vertical signal line VLa from the first current source 25a via the switch unit 31a.

信号CS2_ENがローレベルになることで、第2の電流制御部30bのスイッチ部31bがオフとなり、スイッチ部32bはオンとなる。これにより、第2の垂直信号線VLbには、第2の電流源25bからの電流の供給が停止され、スイッチ部32bを介して電圧Vclipが供給される。第2の垂直信号線VLbは、所定の電圧に固定された状態となり、フローティング状態となることが回避される。なお、第2の増幅部15bには第1の選択部16a及び結合スイッチ部18を介して第1の電流源25aから電流が供給されるため、第2の増幅部15bが弱反転領域での動作となることが回避される。 When the signal CS2_EN becomes low level, the switch unit 31b of the second current control unit 30b is turned off, and the switch unit 32b is turned on. As a result, the supply of the current from the second current source 25b is stopped to the second vertical signal line VLb, and the voltage Vclip is supplied via the switch unit 32b. The second vertical signal line VLb is fixed to a predetermined voltage, and the floating state is avoided. Since the second amplification unit 15b is supplied with a current from the first current source 25a via the first selection unit 16a and the coupling switch unit 18, the second amplification unit 15b is in the weak inversion region. It is avoided to be an operation.

図6に示す時刻t1では、信号RS<0>がハイレベルになることで、1行目の画素である画素10(0,0)~画素10(0,2)において、それぞれの第1及び第2のリセット部13a、13bのトランジスタM2a、M2bがオンになり、第1及び第2のFD14a、14bの電位がそれぞれリセット電位になる。この場合、上述したように、画素10の第1のFD14aと第2のFD14bが接続されているため、第1及び第2のFD14a、14bの電位が平均化される。 At the time t1 shown in FIG. 6, when the signal RS <0> becomes a high level, the first pixel and the first pixel 10 (0,2), which are the pixels in the first row, are the first and the pixel 10 (0,2), respectively. The transistors M2a and M2b of the second reset units 13a and 13b are turned on, and the potentials of the first and second FD14a and 14b become the reset potentials, respectively. In this case, as described above, since the first FD14a and the second FD14b of the pixel 10 are connected, the potentials of the first and second FDs 14a and 14b are averaged.

さらに、時刻t1において、信号SEL1<0>がハイレベルになることで、リセット電位に基づく信号が、第1及び第2の増幅部15a、15b、及び第1の選択部16aにより第1の垂直信号線VLaに出力される。すなわち、第1及び第2のFD14a、14bの電位をリセット電位にリセットしたときの信号(ノイズ信号)が、第1の垂直信号線VLaに読み出される。第1の垂直信号線VLaに出力された1行目の各画素10からのノイズ信号は、それぞれ第1のカラム回路部40a1~40a3に入力されてデジタル信号に変換される。 Further, at time t1, when the signal SEL1 <0> becomes high level, the signal based on the reset potential becomes the first vertical by the first and second amplification units 15a and 15b, and the first selection unit 16a. It is output to the signal line VLa. That is, the signal (noise signal) when the potentials of the first and second FDs 14a and 14b are reset to the reset potential is read out to the first vertical signal line VLa. The noise signals from each pixel 10 in the first row output to the first vertical signal line VLa are input to the first column circuit units 40a1 to 40a3 and converted into digital signals, respectively.

時刻t2では、信号TX<0>がハイレベルになることで、第1及び第2の転送部12a、12bのトランジスタM1a、M1bがオンになり、第1及び第2の光電変換部11a、11bで光電変換された電荷が、第1及び第2のFD14a、14bに転送される。この場合、第1のFD14aと第2のFD14bが接続されているため、2つの光電変換部から転送された電荷は、容量Ca及び容量Cbに分配される。 At time t2, when the signal TX <0> becomes high level, the transistors M1a and M1b of the first and second transfer units 12a and 12b are turned on, and the first and second photoelectric conversion units 11a and 11b are turned on. The charge photoelectrically converted in the above is transferred to the first and second FDs 14a and 14b. In this case, since the first FD14a and the second FD14b are connected, the charges transferred from the two photoelectric conversion units are distributed to the capacitance Ca and the capacitance Cb.

また、時刻t2では、信号SEL1<0>がハイレベルであるため、加算画素信号が、第1及び第2の増幅部15a、15b、及び第1の選択部16aによって第1の垂直信号線VLaに出力される。第1の垂直信号線VLaに出力された1行目の各画素10からの加算画素信号は、それぞれ第1のカラム回路部40a1~40a3に入力されてデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたノイズ信号と加算画素信号とは、水平転送部60を介して信号処理部に入力される。信号処理部は、画素10のノイズ信号と加算画素信号との差分処理を行う相関二重サンプリングを行う。 Further, at time t2, since the signal SEL1 <0> is at a high level, the additive pixel signal is the first vertical signal line VLa by the first and second amplification units 15a and 15b and the first selection unit 16a. Is output to. The additional pixel signals from each pixel 10 in the first row output to the first vertical signal line VLa are input to the first column circuit units 40a1 to 40a3 and converted into digital signals, respectively. The noise signal converted into a digital signal and the additional pixel signal are input to the signal processing unit via the horizontal transfer unit 60. The signal processing unit performs correlated double sampling that performs difference processing between the noise signal of the pixel 10 and the additive pixel signal.

時刻t3~時刻t5では、時刻t1から時刻t3までの期間の場合と同様にして、2行目の画素からノイズ信号の読み出しと、加算画素信号の読み出しとが行われる。時刻t5~時刻t7では、時刻t1から時刻3までの期間の場合と同様にして、3行目の画素からノイズ信号の読み出しと、加算画素信号の読み出しとが行われる。このように、図6に示す1行読み出し方式では、画素10を行単位で順次選択し、画素10の2つの光電変換部による信号を加算し、加算画素信号を第1の垂直信号線VLaに読み出すことができる。また、第2の電流源25bからの電流の供給を停止することで、撮像素子3の消費電力を低減することができる。 At time t3 to time t5, the noise signal is read from the pixel on the second row and the additional pixel signal is read out in the same manner as in the case of the period from time t1 to time t3. At time t5 to time t7, the noise signal is read from the pixel on the third row and the additional pixel signal is read out in the same manner as in the case of the period from time t1 to time 3. As described above, in the one-line readout method shown in FIG. 6, the pixels 10 are sequentially selected in line units, the signals from the two photoelectric conversion units of the pixels 10 are added, and the added pixel signal is used as the first vertical signal line VLa. It can be read. Further, by stopping the supply of the current from the second current source 25b, the power consumption of the image pickup device 3 can be reduced.

図7に示すタイミングチャートにおいて、横軸は時刻を示しており、第2の制御モードの2行同時読み出し方式の場合に図5の撮像素子3の各部に入力される制御信号を示している。垂直転送部50は、図6に示す1行読み出し方式の場合と同様に、信号ADD_FD及び信号ADD_SFをハイレベルとする。また、信号CS1_ENがハイレベルにされて、第1の垂直信号線VLaには、第1の電流源25aから電流が供給される。さらに、図7の2行同時読み出し方式では、信号CS2_ENがハイレベルにされる。信号CS2_ENがハイレベルになることで、第2の電流制御部30bのスイッチ部31bがオンとなる。これにより、第2の垂直信号線VLbには、スイッチ部31bを介して第2の電流源25bから電流が供給される。 In the timing chart shown in FIG. 7, the horizontal axis indicates the time, and indicates the control signal input to each part of the image pickup device 3 of FIG. 5 in the case of the two-line simultaneous readout method of the second control mode. The vertical transfer unit 50 sets the signal ADD_FD and the signal ADD_SF to high levels, as in the case of the one-line readout method shown in FIG. Further, the signal CS1_EN is set to a high level, and a current is supplied to the first vertical signal line VLa from the first current source 25a. Further, in the two-line simultaneous reading method of FIG. 7, the signal CS2_EN is set to a high level. When the signal CS2_EN becomes high level, the switch unit 31b of the second current control unit 30b is turned on. As a result, a current is supplied to the second vertical signal line VLb from the second current source 25b via the switch unit 31b.

時刻t1では、信号RS<0>、RS<1>がハイレベルになることで、1行目の画素及び2行目の画素(画素10(0,0)~画素10(1,2))の各々の第1及び第2のリセット部13a、13bのトランジスタM2a、M2bがオンとなる。これにより、第1及び第2のFD14a、14bの電位がそれぞれリセット電位になる。そして、第1のFD14aと第2のFD14bが接続されているため、第1及び第2のFD14a、14bの電位は平均化される。 At time t1, the signals RS <0> and RS <1> become high level, so that the pixels in the first row and the pixels in the second row (pixels 10 (0,0) to pixels 10 (1,2)). The transistors M2a and M2b of the first and second reset units 13a and 13b of the above are turned on. As a result, the potentials of the first and second FDs 14a and 14b become reset potentials, respectively. Then, since the first FD14a and the second FD14b are connected, the potentials of the first and second FD14a and 14b are averaged.

また、時刻t1において、信号SEL1<0>がハイレベルになることで、1行目の画素10の平均化されたノイズ信号が、第1の垂直信号線VLaに出力される。1行目の各画素10からのノイズ信号は、それぞれ第1のカラム回路部40a1~40a3に入力されてデジタル信号に変換される。さらに、時刻t1において、信号SEL2<1>がハイレベルになることで、2行目の画素10の平均化されたノイズ信号が、第2の垂直信号線VLbに出力される。2行目の各画素10からのノイズ信号は、それぞれ第2のカラム回路部40b1~40b3に入力されてデジタル信号に変換される。 Further, at time t1, when the signal SEL1 <0> becomes high level, the averaged noise signal of the pixel 10 in the first row is output to the first vertical signal line VLa. The noise signals from each pixel 10 on the first row are input to the first column circuit units 40a1 to 40a3 and converted into digital signals. Further, at time t1, when the signal SEL2 <1> becomes high level, the averaged noise signal of the pixel 10 in the second row is output to the second vertical signal line VLb. The noise signals from each pixel 10 on the second row are input to the second column circuit units 40b1 to 40b3 and converted into digital signals.

時刻t2では、信号TX<0>がハイレベルになることで、1行目の画素10の第1及び第2の転送部12a、12bのトランジスタM1a、M1bがオンになり、第1及び第2の光電変換部11a、11bの電荷が第1及び第2のFD14a、14bに転送される。また、時刻t2では、信号TX<1>がハイレベルになることで、2行目の画素10の第1及び第2の光電変換部11a、11bの電荷が第1及び第2のFD14a、14bに転送される。この場合、1行目及び2行目の画素10の各々では、第1のFD14aと第2のFD14bが接続されているため、2つの光電変換部から転送された電荷は、容量Ca及び容量Cbに分配される。 At time t2, when the signal TX <0> becomes high level, the transistors M1a and M1b of the first and second transfer units 12a and 12b of the first and second pixels 10 are turned on, and the first and second pixels are turned on. The charges of the photoelectric conversion units 11a and 11b of the above are transferred to the first and second FDs 14a and 14b. Further, at time t2, when the signal TX <1> becomes high level, the charges of the first and second photoelectric conversion units 11a and 11b of the second row pixel 10 become the first and second FD14a and 14b. Transferred to. In this case, since the first FD14a and the second FD14b are connected to each of the pixels 10 in the first row and the second row, the charges transferred from the two photoelectric conversion units are the capacitance Ca and the capacitance Cb. Will be distributed to.

また、時刻t2では、信号SEL1<0>、信号SEL2<1>がハイレベルであるため、1行目の画素10の加算画素信号が第1の垂直信号線VLaに出力され、2行目の画素10の加算画素信号が第2の垂直信号線VLbに出力される。第1の垂直信号線VLaに出力された1行目の各画素10からの加算画素信号は、それぞれ第1のカラム回路部40a1~40a3に入力されてデジタル信号に変換される。第2の垂直信号線VLbに出力された2行目の各画素10からの加算画素信号は、それぞれ第2のカラム回路部40b1~40b3に入力されてデジタル信号に変換される。 Further, at time t2, since the signal SEL1 <0> and the signal SEL2 <1> are at a high level, the additional pixel signal of the pixel 10 in the first line is output to the first vertical signal line VLa, and the second line is output. The additive pixel signal of the pixel 10 is output to the second vertical signal line VLb. The additional pixel signals from each pixel 10 in the first row output to the first vertical signal line VLa are input to the first column circuit units 40a1 to 40a3 and converted into digital signals, respectively. The additional pixel signals from each pixel 10 in the second row output to the second vertical signal line VLb are input to the second column circuit units 40b1 to 40b3 and converted into digital signals, respectively.

時刻t3~時刻t5では、時刻t1から時刻t3までの期間の場合と同様にして、3行目の画素からの信号の読み出しと、4行目の画素からの信号の読み出しとが同時に行われる。時刻t5~時刻t7では、時刻t1から時刻t3までの期間の場合と同様にして、5行目の画素からの信号の読み出しと、6行目の画素からの信号の読み出しとが同時に行われる。このように、図7に示す2行同時読み出し方式は、2行分の画素の信号の読み出しを同時に行うことができる。このため、撮像素子3に配置された各画素10から高速に信号を読み出すことができる。 At time t3 to time t5, the signal is read from the pixel on the third row and the signal is read from the pixel on the fourth row at the same time, as in the case of the period from time t1 to time t3. At time t5 to time t7, the signal is read from the pixel on the fifth row and the signal is read from the pixel on the sixth row at the same time, as in the case of the period from time t1 to time t3. As described above, the two-line simultaneous reading method shown in FIG. 7 can simultaneously read the signals of the pixels for two lines. Therefore, a signal can be read out at high speed from each pixel 10 arranged in the image sensor 3.

次に、第1の制御モードと、第2の制御モードの1行読み出し方式と、第2の制御モードの2行同時読み出し方式との使い分けについて、説明する。制御部4は、カメラ1が焦点調節動作を行う場合には、撮像素子3を第1の制御モードで制御する。また、制御部4は、カメラ1が、表示部6に被写体のスルー画像(ライブビュー画像)を表示する場合には、撮像素子3を第2の制御モードの1行読み出し方式又は2行同時読み出し方式で制御する。従って、カメラ1が表示部6に被写体のスルー画像(ライブビュー画像)を表示しながら、焦点調節動作を行う場合には、制御部4は、撮像素子3を時分割的に、第2の制御モードの1行読み出し方式又は2行同時読み出し方式で制御すると共に第1の制御モードで制御する。操作部7のレリーズ操作部材が操作された場合には、制御部4は、撮像素子3を第2の制御モードの1行読み出し方式又は2行同時読み出し方式で制御する。 Next, the proper use of the first control mode, the one-line reading method of the second control mode, and the two-line simultaneous reading method of the second control mode will be described. The control unit 4 controls the image pickup device 3 in the first control mode when the camera 1 performs the focus adjustment operation. Further, when the camera 1 displays the through image (live view image) of the subject on the display unit 6, the control unit 4 reads the image sensor 3 in the first line reading method or two lines simultaneous reading in the second control mode. Control by method. Therefore, when the camera 1 performs the focus adjustment operation while displaying the through image (live view image) of the subject on the display unit 6, the control unit 4 controls the image pickup element 3 in a time-division manner. It is controlled by the one-line read method or the two-line simultaneous read method of the mode and is controlled by the first control mode. When the release operation member of the operation unit 7 is operated, the control unit 4 controls the image pickup device 3 by the one-line reading method or the two-line simultaneous reading method of the second control mode.

更に、カメラ1がフレームレートの高い撮影、例えば高速連写撮影や動画撮影を行う場合には、制御部4は、加算画素信号の高速読み出しの為に撮像素子3を第2の制御モードの2行同時読み出し方式で制御する。また、カメラ1に設けられた被写体移動速度検出部が被写体が比較的高速で移動していることを検出した場合にも、制御部4は、加算画素信号を高速に読み出して画像のブレを少なくするために、撮像素子3を第2の制御モードの2行同時読み出し方式で制御する。他方、カメラ1の駆動電池の残量が少なくなったことを、電池残量検出部が検出した場合には、制御部4は電池の消費を少なくするために、撮像素子3を第2の制御モードの1行読み出し方式で制御する。 Further, when the camera 1 performs high-frame-rate shooting, for example, high-speed continuous shooting or moving image shooting, the control unit 4 sets the image sensor 3 in the second control mode 2 for high-speed readout of the additive pixel signal. It is controlled by the row simultaneous read method. Further, even when the subject movement speed detection unit provided in the camera 1 detects that the subject is moving at a relatively high speed, the control unit 4 reads the additive pixel signal at high speed to reduce image blurring. In order to do so, the image pickup device 3 is controlled by the two-row simultaneous readout method of the second control mode. On the other hand, when the battery remaining amount detecting unit detects that the remaining battery level of the drive battery of the camera 1 is low, the control unit 4 controls the image sensor 3 for the second control in order to reduce the battery consumption. It is controlled by the one-line read method of the mode.

上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。(1)撮像素子3は、入射光を光電変換して電荷を生成する第1の光電変換部11a及び第2の光電変換部11bと、第1の光電変換部11aで生成された電荷を蓄積する第1蓄積部(第1のFD14a)と、第2の光電変換部11bで生成された電荷を蓄積する第2蓄積部(第2のFD14b)と、第1の光電変換部11aにより生成された電荷に基づく信号を生成し出力する第1の出力部(第1の増幅部15a及び第1の選択部16a)と、第2の光電変換部11bにより生成された電荷に基づく信号を生成し出力する第2の出力部(第2の増幅部15b及び第2の選択部16b)と、第1の出力部と第2の出力部との間に配置された第1の接続部(結合スイッチ部18)と、第1の光電変換部11aと第2の光電変換部11bとを電気的に接続切断する第2のスイッチを備えた第2の接続部(加算スイッチ部17)とを有する画素10と、第1の出力部と接続され、第1の出力部からの信号が出力される第1の信号線(第1の垂直信号線VLa)と、を備える。本実施の形態では、第1の増幅部15aと第2の増幅部15bとを結合スイッチ部18を介して接続することによって、第2の増幅部15bのゲート容量の変動を抑制する。このため、電荷電圧の変換ゲインの変動を抑制することができる。この結果、直線性が高い加算画素信号を得ることができる。 According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained. (1) The image pickup element 3 stores the charges generated by the first photoelectric conversion unit 11a and the second photoelectric conversion unit 11b that photoelectrically convert the incident light to generate charges, and the first photoelectric conversion unit 11a. A first storage unit (first FD14a), a second storage unit (second FD14b) that stores the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit 11b, and a first photoelectric conversion unit 11a. A first output unit (first amplification unit 15a and first selection unit 16a) that generates and outputs a signal based on the electric charge, and a signal based on the electric charge generated by the second photoelectric conversion unit 11b are generated. The second output unit (second amplification unit 15b and second selection unit 16b) to be output and the first connection unit (coupling switch) arranged between the first output unit and the second output unit. A pixel having a unit 18) and a second connection unit (additional switch unit 17) including a second switch that electrically connects and disconnects the first photoelectric conversion unit 11a and the second photoelectric conversion unit 11b. A first signal line (first vertical signal line VLa) that is connected to the first output unit and outputs a signal from the first output unit is provided. In the present embodiment, the fluctuation of the gate capacitance of the second amplification unit 15b is suppressed by connecting the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b via the coupling switch unit 18. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in the conversion gain of the charge voltage. As a result, it is possible to obtain an additive pixel signal having high linearity.

(2)撮像素子3は、制御部(垂直転送部50)を更に有する。制御部は、第1の選択スイッチ(第1の選択部16a)及び第1の接続部(結合スイッチ部18)を接続状態とし、第2の選択スイッチ(第2の選択部16b)を切断状態として、第1の出力部と第2の出力部の信号を第1の選択スイッチ(第1の選択部16a)を介して第1の信号線(第1の垂直信号線VLa)に出力させる。本実施の形態では、結合スイッチ部18のトランジスタM8をオンとすることで、第1の電流源25aから第2の増幅部15bに電流を供給される。このため、第2の増幅部15bのトランジスタM3bを飽和領域で動作させて、第2の増幅部15bのゲート容量を略一定とすることができる。この結果、電荷電圧の変換ゲインの変動を抑制することができる。 (2) The image pickup device 3 further includes a control unit (vertical transfer unit 50). The control unit connects the first selection switch (first selection unit 16a) and the first connection unit (coupling switch unit 18), and disconnects the second selection switch (second selection unit 16b). As a result, the signals of the first output unit and the second output unit are output to the first signal line (first vertical signal line VLa) via the first selection switch (first selection unit 16a). In the present embodiment, by turning on the transistor M8 of the coupling switch unit 18, a current is supplied from the first current source 25a to the second amplification unit 15b. Therefore, the transistor M3b of the second amplification unit 15b can be operated in the saturation region to make the gate capacitance of the second amplification unit 15b substantially constant. As a result, fluctuations in the conversion gain of the charge voltage can be suppressed.

(第2の実施の形態)
図8を参照して、第2の実施の形態に係る撮像素子を説明する。図8は、第2の実施の形態に係る撮像素子3の画素10の構成を示す回路図である。第1の実施の形態では、図2等に示したように、画素10には加算スイッチ部17が配置されている。第2の実施の形態では、図8に示すように、画素10は加算スイッチ部17を有しない構成となる。その他の構成は、第1の実施の形態と同一である。
(Second embodiment)
The image pickup device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a circuit diagram showing the configuration of the pixel 10 of the image pickup device 3 according to the second embodiment. In the first embodiment, as shown in FIG. 2 and the like, the addition switch unit 17 is arranged in the pixel 10. In the second embodiment, as shown in FIG. 8, the pixel 10 does not have the addition switch unit 17. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

第1の制御モードでは、結合スイッチ部18のトランジスタM8がオフとなり、第1の実施の形態の場合と同様の動作となる。すなわち、第1の光電変換部11aで光電変換された電荷は第1のFD14aに転送され、第2の光電変換部11bで光電変換された電荷は第2のFD14bに転送される。そして、第1の光電変換部11aからの電荷に基づいて生成された第1の画素信号が第1の垂直信号線VLaに出力され、第2の光電変換部11bからの電荷に基づいて生成された第2の画素信号が第2の垂直信号線VLbに出力される。 In the first control mode, the transistor M8 of the coupling switch unit 18 is turned off, and the operation is the same as in the case of the first embodiment. That is, the charge photoelectrically converted by the first photoelectric conversion unit 11a is transferred to the first FD14a, and the charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit 11b is transferred to the second FD14b. Then, the first pixel signal generated based on the charge from the first photoelectric conversion unit 11a is output to the first vertical signal line VLa, and is generated based on the charge from the second photoelectric conversion unit 11b. The second pixel signal is output to the second vertical signal line VLb.

第2の制御モードでは、結合スイッチ部18のトランジスタM8がオンとなり、第1の増幅部15a及び第2の増幅部15bが接続される。これにより、第1の増幅部15a及び第2の増幅部15bの信号の加算平均化された加算画素信号が、例えば第1の垂直信号線VL1に出力される。第1の垂直信号線VL1に出力される加算画素信号は、第1のFD14aの電位に基づいて第1の増幅部15aにより生成される信号と、第2のFD14bの電位に基づいて第2の増幅部15bにより生成される信号の平均に対応する信号となる。 In the second control mode, the transistor M8 of the coupling switch unit 18 is turned on, and the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b are connected. As a result, the added-averaged added pixel signal of the signals of the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b is output to, for example, the first vertical signal line VL1. The additional pixel signal output to the first vertical signal line VL1 is a signal generated by the first amplification unit 15a based on the potential of the first FD 14a and a second signal based on the potential of the second FD 14b. The signal corresponds to the average of the signals generated by the amplification unit 15b.

このように、本実施形態では、第1の増幅部15aと第2の増幅部15bとを結合スイッチ部18を介して互いに接続することによって、2つの光電変換部からの信号を加算して垂直信号線に出力する。第1の増幅部15a及び第2の増幅部15bの信号の加算(混合)が、第1の増幅部15a及び第2の増幅部15bのトランジスタM3a、M3bのソースにおいて行われる。このため、2つの光電変換部からの電荷を加算するための加算スイッチ部17と、加算スイッチ部17に接続される配線が不要となり、各画素10に配置する素子数や配線数を少なくすることができる。この結果、画素を微細化することや、撮像素子のチップ面積を低減することが可能となる。また、画素内に多数の素子等を配置して、光電変換部の面積が小さくなってしまうことを回避することができる。 As described above, in the present embodiment, by connecting the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b to each other via the coupling switch unit 18, the signals from the two photoelectric conversion units are added and vertical. Output to the signal line. The addition (mixing) of the signals of the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b is performed at the sources of the transistors M3a and M3b of the first amplification unit 15a and the second amplification unit 15b. Therefore, the addition switch unit 17 for adding charges from the two photoelectric conversion units and the wiring connected to the addition switch unit 17 are not required, and the number of elements and the number of wirings arranged in each pixel 10 can be reduced. Can be done. As a result, it becomes possible to miniaturize the pixels and reduce the chip area of the image pickup device. Further, it is possible to prevent the area of the photoelectric conversion unit from becoming small by arranging a large number of elements or the like in the pixel.

また、本実施形態では、変換ゲインは一つのFDの容量値の逆数となるため、変換ゲインが二つのFDの合成容量値の逆数となる場合と比較して、変換ゲインを大きくすることができる。この結果、加算画素信号に混入するノイズを相対的に小さくすることができ、S/N比を向上させることができる。 Further, in the present embodiment, since the conversion gain is the reciprocal of the capacitance value of one FD, the conversion gain can be increased as compared with the case where the conversion gain is the reciprocal of the combined capacitance value of the two FDs. .. As a result, the noise mixed in the additive pixel signal can be relatively reduced, and the S / N ratio can be improved.

(第3の実施の形態)
図9を参照して、第3の実施の形態に係る撮像素子を説明する。図9は、第3の実施の形態に係る撮像素子3の画素の構成例を示す概念図である。第1の実施の形態では、画素10毎に複数の光電変換部が配置される例について説明した。第3の実施の形態では、図9に示すように、画素10は一つの光電変換部を有する構成となる。その他の構成は、第1の実施の形態と同一である。
(Third embodiment)
The image pickup device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 9. FIG. 9 is a conceptual diagram showing a configuration example of pixels of the image pickup device 3 according to the third embodiment. In the first embodiment, an example in which a plurality of photoelectric conversion units are arranged for each pixel 10 has been described. In the third embodiment, as shown in FIG. 9, the pixel 10 has a configuration having one photoelectric conversion unit. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

画素10は、マイクロレンズMLと、光電変換部11と、転送部12と、リセット部13と、フローティングディフュージョン(FD)14と、増幅部15と、選択部16と、加算スイッチ部17と、結合スイッチ部18とを有する。マイクロレンズMLは、撮像光学系2を介して入射された光を光電変換部11に集光する。光電変換部11は、一つのマイクロレンズMLに対応して配置される。加算スイッチ部17は、例えば行方向にそれぞれ配置される複数の画素10の各々のFD14を接続し、結合スイッチ部18は、例えば行方向にそれぞれ配置される複数の画素10の各々の増幅部15を接続する。 The pixel 10 is coupled with a microlens ML, a photoelectric conversion unit 11, a transfer unit 12, a reset unit 13, a floating diffusion (FD) 14, an amplification unit 15, a selection unit 16, and an addition switch unit 17. It has a switch unit 18. The microlens ML collects the light incident through the image pickup optical system 2 on the photoelectric conversion unit 11. The photoelectric conversion unit 11 is arranged corresponding to one microlens ML. The addition switch unit 17 connects each FD14 of a plurality of pixels 10 arranged in the row direction, for example, and the coupling switch unit 18 connects each amplification unit 15 of the plurality of pixels 10 arranged in the row direction, for example. To connect.

本実施形態では、制御部4は、例えば、静止画撮影を行う場合は第1の制御モードを行って撮像素子3の各画素10の信号を個別に読み出し、動画撮影を行う場合は第2の制御モードを行って複数の画素10の信号を加算して読み出す。第1の制御モードでは、制御部4は、撮像素子3を制御して、各画素10の加算スイッチ部17のトランジスタM7をオフとし、結合スイッチ部18のトランジスタM8もオフとする。各画素10において、光電変換部11で光電変換された電荷は、転送部12によってFD14に転送される。そして、FD14に転送された電荷に応じた画素信号が、増幅部15及び選択部16によって垂直信号線VLに読み出される。このように、第1の制御モードでは、各画素の画素信号が個別に垂直信号線VLに読み出される。 In the present embodiment, for example, the control unit 4 performs the first control mode when shooting a still image, individually reads out the signal of each pixel 10 of the image pickup device 3, and the second control unit 4 when shooting a moving image. The control mode is performed, and the signals of the plurality of pixels 10 are added and read out. In the first control mode, the control unit 4 controls the image pickup element 3 to turn off the transistor M7 of the addition switch unit 17 of each pixel 10, and also turns off the transistor M8 of the coupling switch unit 18. In each pixel 10, the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11 is transferred to the FD 14 by the transfer unit 12. Then, the pixel signal corresponding to the charge transferred to the FD 14 is read out to the vertical signal line VL by the amplification unit 15 and the selection unit 16. As described above, in the first control mode, the pixel signal of each pixel is individually read out to the vertical signal line VL.

第2の制御モードにおいては、制御部4は、加算スイッチ部17及び結合スイッチ部18をオンとして、各画素10の光電変換部11でそれぞれ光電変換された電荷が加算される。そして、増幅部15と選択部16と結合スイッチ部18とによって、加算された電荷に応じて加算画素信号が生成されて垂直信号線VLに読み出される。以下に、第2の制御モードの1行読み出し方式を図10及び図11を参照して説明し、第2の制御モードの2行同時読み出し方式を図10及び図12を参照して説明する。 In the second control mode, the control unit 4 turns on the addition switch unit 17 and the coupling switch unit 18, and the charge converted by photoelectric conversion by the photoelectric conversion unit 11 of each pixel 10 is added. Then, the amplification unit 15, the selection unit 16, and the coupling switch unit 18 generate an addition pixel signal according to the added charge and read it out to the vertical signal line VL. Hereinafter, the one-line reading method of the second control mode will be described with reference to FIGS. 10 and 11, and the two-line simultaneous reading method of the second control mode will be described with reference to FIGS. 10 and 12.

図10は、第3の実施の形態に係る撮像素子の一部の構成を示す回路図である。図11は、第2の制御モードの1行読み出し方式の場合の撮像素子3の動作例を示すタイミングチャートである。図12は、第2の制御モードの2行同時読み出し方式の場合の撮像素子3の動作例を示すタイミングチャートである。なお、図10に示す例では、説明を簡略化するために、画素10は行方向4画素×列方向3画素のみ図示している。図10に示す複数の画素10のうちの左下の画素10を第1行第1列の画素10(0,0)とし、図10では画素10(0,0)から画素10(2,3)までを図示している。 FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a part of the image pickup device according to the third embodiment. FIG. 11 is a timing chart showing an operation example of the image pickup device 3 in the case of the one-line readout method of the second control mode. FIG. 12 is a timing chart showing an operation example of the image pickup device 3 in the case of the two-row simultaneous readout method of the second control mode. In the example shown in FIG. 10, for simplification of the explanation, only 4 pixels in the row direction × 3 pixels in the column direction are shown in the pixel 10. Of the plurality of pixels 10 shown in FIG. 10, the lower left pixel 10 is defined as the pixel 10 (0,0) in the first row and the first column, and in FIG. 10, the pixels 10 (0,0) to the pixel 10 (2,3). Up to is illustrated.

図10に示すように、撮像素子3は、行列状に配置される複数の画素10と、電流源25(電流源25a~電流源25d)と、電流制御部30(電流制御部30a~電流制御部30d)と、カラム回路部40(カラム回路部40a~カラム回路部40d)と、垂直転送部50と、水平転送部60とを有する。画素10の各列に対応して垂直信号線VL(垂直信号線VLa~垂直信号線VLd)が設けられる。垂直信号線VLに対して、電流源25、電流制御部30、及びカラム回路部40が設けられる。 As shown in FIG. 10, the image pickup element 3 includes a plurality of pixels 10 arranged in a matrix, a current source 25 (current source 25a to current source 25d), and a current control unit 30 (current control unit 30a to current control). It has a section 30d), a column circuit section 40 (column circuit section 40a to column circuit section 40d), a vertical transfer section 50, and a horizontal transfer section 60. A vertical signal line VL (vertical signal line VLa to vertical signal line VLd) is provided corresponding to each row of the pixels 10. A current source 25, a current control unit 30, and a column circuit unit 40 are provided for the vertical signal line VL.

図11に示す1行読み出し方式では、垂直転送部50は、信号ADD_FD2及び信号ADD_SF2をハイレベルとする。なお、信号ADD_FD1及び信号ADD_SF1は、それぞれローレベルにされる。信号ADD_FD2がハイレベルになることで、画素10(0,0)のFD14と画素10(0,1)のFD14とが互いに電気的に接続され、画素10(0,2)のFD14と画素10(0,3)のFD14とが互いに電気的に接続される。また、画素10(1,0)のFD14と画素10(1,1)のFD14とが互いに電気的に接続され、画素10(1,2)のFD14と画素10(1,3)のFD14とが互いに電気的に接続される。さらに、画素10(2,0)のFD14と画素10(2,1)のFD14とが互いに電気的に接続され、画素10(2,2)のFD14と画素10(2,3)のFD14とが互いに電気的に接続される。 In the one-line readout method shown in FIG. 11, the vertical transfer unit 50 sets the signal ADD_FD2 and the signal ADD_SF2 to high levels. The signal ADD_FD1 and the signal ADD_SF1 are each set to a low level. When the signal ADD_FD2 becomes high level, the FD14 of the pixel 10 (0,0) and the FD14 of the pixel 10 (0,1) are electrically connected to each other, and the FD14 of the pixel 10 (0,2) and the pixel 10 are connected to each other. The FD14 of (0,3) is electrically connected to each other. Further, the FD14 of the pixel 10 (1,0) and the FD14 of the pixel 10 (1,1) are electrically connected to each other, and the FD14 of the pixel 10 (1,2) and the FD14 of the pixel 10 (1,3) are connected to each other. Are electrically connected to each other. Further, the FD14 of the pixel 10 (2,0) and the FD14 of the pixel 10 (2,1) are electrically connected to each other, and the FD14 of the pixel 10 (2,2) and the FD14 of the pixel 10 (2,3) are combined with each other. Are electrically connected to each other.

信号ADD_SF2がハイレベルになることで、画素10(0,0)の増幅部15と画素10(0,1)の増幅部15とが互いに電気的に接続され、画素10(0,2)の増幅部15と画素10(0,3)の増幅部15とが互いに電気的に接続される。また、画素10(1,0)の増幅部15と画素10(1,1)の増幅部15とが互いに電気的に接続され、画素10(1,2)の増幅部15と画素10(1,3)の増幅部15とが互いに電気的に接続される。さらに、画素10(2,0)の増幅部15と画素10(2,1)の増幅部15とが互いに電気的に接続され、画素10(2,2)の増幅部15と画素10(2,3)の増幅部15とが互いに電気的に接続される。 When the signal ADD_SF2 becomes high level, the amplification unit 15 of the pixel 10 (0,0) and the amplification unit 15 of the pixel 10 (0,1) are electrically connected to each other, and the amplification unit 15 of the pixel 10 (0,2) is connected to each other. The amplification unit 15 and the amplification unit 15 of the pixel 10 (0,3) are electrically connected to each other. Further, the amplification unit 15 of the pixel 10 (1,0) and the amplification unit 15 of the pixel 10 (1,1) are electrically connected to each other, and the amplification unit 15 of the pixel 10 (1,2) and the pixel 10 (1) are connected to each other. , 3) The amplification unit 15 is electrically connected to each other. Further, the amplification unit 15 of the pixel 10 (2,0) and the amplification unit 15 of the pixel 10 (2,1) are electrically connected to each other, and the amplification unit 15 of the pixel 10 (2,2) and the pixel 10 (2) are connected to each other. , 3) The amplification unit 15 is electrically connected to each other.

信号CS1_ENはハイレベルにされ、信号CS2_ENはローレベルにされる。信号CS1_ENがハイレベルになることで、電流制御部30a、30cの各々のスイッチ部31がオンとなる。これにより、垂直信号線VLa、VLcには、それぞれ電流源25a、25cから電流が供給される。また、信号CS2_ENがローレベルになることで、電流制御部30b、30dの各々のスイッチ部31がオフとなり、スイッチ部32がオンとなる。これにより、垂直信号線VLb、VLdには、それぞれ電圧Vclipが供給される。 The signal CS1_EN is set to high level and the signal CS2_EN is set to low level. When the signal CS1_EN becomes high level, the switch units 31 of the current control units 30a and 30c are turned on. As a result, currents are supplied to the vertical signal lines VLa and VLc from the current sources 25a and 25c, respectively. Further, when the signal CS2_EN becomes low level, the switch units 31 of the current control units 30b and 30d are turned off, and the switch unit 32 is turned on. As a result, the voltage Vclip is supplied to each of the vertical signal lines VLb and VLd.

図11に示す時刻t1では、信号RS<0>がハイレベルになることで、1行目の画素である画素10(0,0)~画素10(0,3)の各々のリセット部13のトランジスタM2がオンになり、FD14の電位がリセット電位になる。この場合、画素10(0,0)及び画素10(0,1)の互いに電気的に接続されたFD14間では、FD14の電位が平均化される。また、画素10(0,2)及び画素10(0,3)の互いに電気的に接続されたFD14間では、FD14の電位が平均化される。 At the time t1 shown in FIG. 11, when the signal RS <0> becomes high level, the reset unit 13 of each of the pixels 10 (0,0) to 10 (0,3), which is the pixel in the first row, The transistor M2 is turned on, and the potential of the FD 14 becomes the reset potential. In this case, the potential of the FD 14 is averaged between the FD 14 electrically connected to each other of the pixel 10 (0,0) and the pixel 10 (0,1). Further, the potential of the FD 14 is averaged between the FD 14 electrically connected to each other of the pixel 10 (0, 2) and the pixel 10 (0, 3).

さらに、時刻t1において、信号SEL1<0>がハイレベルになることで、画素10(0,0)及び画素10(0,1)の2つの画素の平均化されたノイズ信号が、画素10(0,0)の選択部16を介して垂直信号線VLaに出力される。また、画素10(0,2)及び画素10(0,3)の2つの画素の平均化されたノイズ信号が、画素10(0,2)の選択部16を介して垂直信号線VLcに出力される。垂直信号線VLa、VLcに出力された1行目の各画素10からのノイズ信号は、それぞれカラム回路部40a、40cに入力されてデジタル信号に変換される。 Further, at time t1, when the signal SEL1 <0> becomes high level, the averaged noise signal of the two pixels of the pixel 10 (0,0) and the pixel 10 (0,1) becomes the pixel 10 ( It is output to the vertical signal line VLa via the selection unit 16 of 0,0). Further, the averaged noise signal of the two pixels of the pixel 10 (0,2) and the pixel 10 (0,3) is output to the vertical signal line VLc via the selection unit 16 of the pixel 10 (0,2). Will be done. The noise signals from the pixels 10 of the first line output to the vertical signal lines VLa and VLc are input to the column circuit units 40a and 40c, respectively, and converted into digital signals.

時刻t2では、信号TX<0>がハイレベルになることで、画素10(0,0)、画素10(0,1)、画素10(0,2)、及び画素10(0,3)において、転送部12のトランジスタM1がオンになり、光電変換部11で光電変換された電荷が、FD14に転送される。この場合、画素10(0,0)及び画素10(0,1)の各々の光電変換部11から転送された電荷は、画素10(0,0)のFD14の容量Cと画素10(0,1)のFD14の容量Cとに分配される。また、画素10(0,2)及び画素10(0,3)の各々の光電変換部11から転送された電荷は、画素10(0,2)のFD14の容量Cと画素10(0,3)のFD14の容量Cとに分配される。 At time t2, the signal TX <0> becomes a high level, so that the pixel 10 (0,0), the pixel 10 (0,1), the pixel 10 (0,2), and the pixel 10 (0,3) The transistor M1 of the transfer unit 12 is turned on, and the charge photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 11 is transferred to the FD 14. In this case, the charges transferred from the photoelectric conversion units 11 of the pixels 10 (0, 0) and the pixels 10 (0, 1) are the capacitance C of the FD 14 of the pixels 10 (0, 0) and the pixels 10 (0, 0). It is distributed to the capacity C of the FD14 of 1). Further, the charges transferred from the photoelectric conversion units 11 of the pixels 10 (0, 2) and the pixels 10 (0, 3) are the capacitance C of the FD 14 of the pixels 10 (0, 2) and the pixels 10 (0, 3). ) Is distributed to the capacity C of the FD14.

また、時刻t2では、信号SEL1<0>がハイレベルであるため、画素10(0,0)及び画素10(0,1)の2つの画素の信号を平均化した加算画素信号が、画素10(0,0)の選択部16を介して垂直信号線VLaに出力される。また、画素10(0,2)及び画素10(0,3)の2つの画素の信号を平均化した加算画素信号が、画素10(0,2)の選択部16を介して垂直信号線VLcに出力される。垂直信号線VLa、VLcに出力された1行目の各画素10からの加算画素信号は、それぞれカラム回路部40a、40cに入力されてデジタル信号に変換される。 Further, since the signal SEL1 <0> is at a high level at time t2, the additional pixel signal obtained by averaging the signals of the two pixels of the pixel 10 (0,0) and the pixel 10 (0,1) is the pixel 10. It is output to the vertical signal line VLa via the selection unit 16 of (0,0). Further, the added pixel signal obtained by averaging the signals of the two pixels of the pixel 10 (0, 2) and the pixel 10 (0, 3) is the vertical signal line VLc via the selection unit 16 of the pixel 10 (0, 2). Is output to. The additional pixel signals from the pixels 10 of the first line output to the vertical signal lines VLa and VLc are input to the column circuit units 40a and 40c, respectively, and converted into digital signals.

時刻t3~時刻t5では、時刻t1から時刻t3までの期間の場合と同様にして、2行目の画素からノイズ信号の読み出しと、加算画素信号の読み出しとが行われる。時刻t5~時刻t7では、時刻t1から時刻3までの期間の場合と同様にして、3行目の画素からノイズ信号の読み出しと、加算画素信号の読み出しとが行われる。このように、1行読み出し方式では、画素10を行単位で順次選択し、2つの画素10の光電変換部による信号を加算し、加算画素信号を第1の垂直信号線VLaに読み出すことができる。また、第2の電流源25bからの電流の供給を停止することで、撮像素子3の消費電力を低減することができる。 At time t3 to time t5, the noise signal is read from the pixel on the second row and the additional pixel signal is read out in the same manner as in the case of the period from time t1 to time t3. At time t5 to time t7, the noise signal is read from the pixel on the third row and the additional pixel signal is read out in the same manner as in the case of the period from time t1 to time 3. As described above, in the one-line readout method, the pixels 10 can be sequentially selected in row units, the signals from the photoelectric conversion units of the two pixels 10 are added, and the added pixel signal can be read out to the first vertical signal line VLa. .. Further, by stopping the supply of the current from the second current source 25b, the power consumption of the image pickup device 3 can be reduced.

図12に示す2行同時読み出し方式では、垂直転送部50は、上述した図11の1行読み出し方式の場合と同様に、信号ADD_FD2及び信号ADD_SF2をハイレベルとする。なお、信号ADD_FD1及び信号ADD_SF1は、それぞれローベルにされる。また、信号CS1_ENがハイレベルにされ、信号CS2_ENもハイレベルにされる。信号CS1_ENがハイレベルになることで、垂直信号線VLa、VLcには、それぞれ電流源25a、25cから電流が供給される。また、信号CS2_ENがハイレベルになることで、垂直信号線VLb、VLdには、それぞれ電流源25b、25dから電流が供給される。 In the two-line simultaneous reading method shown in FIG. 12, the vertical transfer unit 50 sets the signal ADD_FD2 and the signal ADD_SF2 to high levels, as in the case of the one-line reading method of FIG. 11 described above. The signal ADD_FD1 and the signal ADD_SF1 are each made into a robel. Further, the signal CS1_EN is set to a high level, and the signal CS2_EN is also set to a high level. When the signal CS1_EN becomes high level, currents are supplied to the vertical signal lines VLa and VLc from the current sources 25a and 25c, respectively. Further, when the signal CS2_EN becomes high level, currents are supplied to the vertical signal lines VLb and VLd from the current sources 25b and 25d, respectively.

図12に示す時刻t1では、信号RS<0>、RS<1>がハイレベルになることで、1行目の画素と2行目の画素(画素10(0、0)~画素10(1、3))の各々のリセット部13のトランジスタM2がオンとなる。この場合、互いに電気的に接続されたFD14間では、FD14の電位が平均化される。 At the time t1 shown in FIG. 12, the signals RS <0> and RS <1> become high levels, so that the pixels in the first row and the pixels in the second row (pixels 10 (0, 0) to pixels 10 (1). 3)) The transistor M2 of each reset unit 13 is turned on. In this case, the potentials of the FD 14s are averaged between the FDs 14 electrically connected to each other.

また、時刻t1において、信号SEL1<0>がハイレベルになることで、画素10(0,0)及び画素10(0,1)の2つの画素の平均化されたノイズ信号が、画素10(0,0)の選択部16を介して垂直信号線VLaに出力される。また、画素10(0,2)及び画素10(0,3)の2つの画素の平均化されたノイズ信号が、画素10(0,2)の選択部16を介して垂直信号線VLcに出力される。さらに、時刻t1において、信号SEL2<1>がハイレベルになることで、画素10(1,0)及び画素10(1,1)の2つの画素の平均化されたノイズ信号が、画素10(1,1)の選択部16を介して垂直信号線VLbに出力される。また、画素10(1,2)及び画素10(1,3)の2つの画素の平均化されたノイズ信号が、画素10(1,3)の選択部16を介して垂直信号線VLdに出力される。垂直信号線VLa~VLdに出力された1行目及び2行目の各画素10からのノイズ信号は、それぞれカラム回路部40a~40dに入力されてデジタル信号に変換される。 Further, at time t1, when the signal SEL1 <0> becomes a high level, the averaged noise signal of the two pixels of the pixel 10 (0,0) and the pixel 10 (0,1) becomes the pixel 10 ( It is output to the vertical signal line VLa via the selection unit 16 of 0,0). Further, the averaged noise signal of the two pixels of the pixel 10 (0,2) and the pixel 10 (0,3) is output to the vertical signal line VLc via the selection unit 16 of the pixel 10 (0,2). Will be done. Further, at time t1, when the signal SEL2 <1> becomes high level, the averaged noise signal of the two pixels of the pixel 10 (1,0) and the pixel 10 (1,1) becomes the pixel 10 (1). It is output to the vertical signal line VLb via the selection unit 16 of 1 and 1). Further, the averaged noise signal of the two pixels of the pixel 10 (1,2) and the pixel 10 (1,3) is output to the vertical signal line VLd via the selection unit 16 of the pixel 10 (1,3). Will be done. The noise signals from the pixels 10 of the first line and the second line output to the vertical signal lines VLa to VLd are input to the column circuit units 40a to 40d and converted into digital signals, respectively.

時刻t2では、信号TX<0>がハイレベルになることで、画素10(0,0)~画素10(0,3)において、転送部12のトランジスタM1がオンになり、光電変換部11で光電変換された電荷がFD14に転送される。また、時刻t2では、信号TX<1>がハイレベルになることで、画素10(1,0)~画素10(1,3)において、転送部12のトランジスタM1がオンになり、光電変換部11で光電変換された電荷がFD14に転送される。 At time t2, when the signal TX <0> becomes high level, the transistor M1 of the transfer unit 12 is turned on in the pixels 10 (0,0) to the pixel 10 (0,3), and the photoelectric conversion unit 11 turns on. The photoelectrically converted charge is transferred to the FD 14. Further, at time t2, when the signal TX <1> becomes high level, the transistor M1 of the transfer unit 12 is turned on in the pixels 10 (1,0) to the pixels 10 (1,3), and the photoelectric conversion unit is turned on. The charge photoelectrically converted in 11 is transferred to the FD 14.

また、時刻t2では、信号SEL1<0>がハイレベルであるため、画素10(0,0)及び画素10(0,1)の2つの画素の加算画素信号が、画素10(0,0)の選択部16を介して垂直信号線VLaに出力される。また、画素10(0,2)及び画素10(0,3)の2つの画素の加算画素信号が、画素10(0,2)の選択部16を介して垂直信号線VLcに出力される。さらに、時刻t2では、信号SEL2<1>がハイレベルであるため、画素10(1,0)及び画素10(1,1)の2つの画素の加算画素信号が、画素10(1,1)の選択部16を介して垂直信号線VLbに出力される。また、画素10(1,2)及び画素10(1,3)の2つの画素の加算画素信号が、画素10(1,3)の選択部16を介して垂直信号線VLdに出力される。垂直信号線VLa~VLdに出力された1行目及び2行目の各画素10からの加算画素信号は、それぞれカラム回路部40a~40dに入力されてデジタル信号に変換される。 Further, at time t2, since the signal SEL1 <0> is at a high level, the additional pixel signal of the two pixels of the pixel 10 (0,0) and the pixel 10 (0,1) is the pixel 10 (0,0). It is output to the vertical signal line VLa via the selection unit 16. Further, the additive pixel signal of the two pixels of the pixel 10 (0, 2) and the pixel 10 (0, 3) is output to the vertical signal line VLc via the selection unit 16 of the pixel 10 (0, 2). Further, at time t2, since the signal SEL2 <1> is at a high level, the additional pixel signal of the two pixels of the pixel 10 (1,0) and the pixel 10 (1,1) is the pixel 10 (1,1). It is output to the vertical signal line VLb via the selection unit 16. Further, the additive pixel signal of the two pixels of the pixel 10 (1,2) and the pixel 10 (1,3) is output to the vertical signal line VLd via the selection unit 16 of the pixel 10 (1,3). The additional pixel signals from the pixels 10 of the first line and the second line output to the vertical signal lines VLa to VLd are input to the column circuit units 40a to 40d and converted into digital signals, respectively.

時刻t3~時刻t5では、時刻t1から時刻t3までの期間の場合と同様にして、3行目の画素からの信号の読み出しと、4行目の画素からの信号の読み出しとが同時に行われる。時刻t5~時刻t7では、時刻t1から時刻3までの期間の場合と同様にして、5行目の画素からの信号の読み出しと、6行目の画素からの信号の読み出しとが同時に行われる。このように、2行同時読み出し方式は、2行分の画素の信号の読み出しを同時に行うことができる。このため、撮像素子3に配置された各画素10から高速に信号を読み出すことができる。 At time t3 to time t5, the signal is read from the pixel on the third row and the signal is read from the pixel on the fourth row at the same time, as in the case of the period from time t1 to time t3. At time t5 to time t7, the signal is read from the pixel on the fifth row and the signal is read from the pixel on the sixth row at the same time, as in the case of the period from time t1 to time 3. As described above, in the two-line simultaneous reading method, the signals of the pixels for two lines can be read at the same time. Therefore, a signal can be read out at high speed from each pixel 10 arranged in the image sensor 3.

次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。 The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or more of the modifications can be combined with the above-described embodiment.

(変形例1)
上述した第3の実施の形態では、画素10に加算スイッチ部17が設けられる例について説明した。しかし、図13に示すように、画素の構成を、加算スイッチ部17を有しない構成としてもよい。この場合、第1の制御モードでは、結合スイッチ部18のトランジスタM8がオフとなり、第3の実施の形態の場合と同様の動作となる。また、第2の制御モードにおいては、結合スイッチ部18のトランジスタM8がオンとなり、各画素10の各々の増幅部15が互いに電気的に接続される。これにより、各画素10の増幅部15の信号の加算平均化された加算画素信号が垂直信号線VLに出力される。このように、変形例1では、複数の画素10の各々の増幅部15を結合スイッチ部18を介して互いに接続することによって、複数の光電変換部からの信号を加算して垂直信号線に出力することができる。なお、結合スイッチ部18は、画素10毎に配置されなくてもよい。結合スイッチ部18を、複数の画素毎に配置して、複数の画素で共有する構成としてもよい。また、加算スイッチ部17を、複数の画素毎に配置して、複数の画素で共有する構成としてもよい。
(Modification 1)
In the third embodiment described above, an example in which the addition switch unit 17 is provided in the pixel 10 has been described. However, as shown in FIG. 13, the pixel configuration may be configured without the addition switch unit 17. In this case, in the first control mode, the transistor M8 of the coupling switch unit 18 is turned off, and the operation is the same as in the case of the third embodiment. Further, in the second control mode, the transistor M8 of the coupling switch unit 18 is turned on, and the amplification units 15 of each pixel 10 are electrically connected to each other. As a result, the added-averaged added pixel signal of the signal of the amplification unit 15 of each pixel 10 is output to the vertical signal line VL. As described above, in the first modification, by connecting the amplification units 15 of the plurality of pixels 10 to each other via the coupling switch unit 18, the signals from the plurality of photoelectric conversion units are added and output to the vertical signal line. can do. The coupling switch unit 18 does not have to be arranged for each pixel 10. The coupling switch unit 18 may be arranged for each of a plurality of pixels and shared by the plurality of pixels. Further, the addition switch unit 17 may be arranged for each of a plurality of pixels and shared by the plurality of pixels.

(変形例2)
上述した第1の実施の形態では、1画素に2つの光電変換部を配置する例について説明したが、画素の構成はこれに限らない。画素の構成を、1画素あたり3つ以上の光電変換部を有する構成にしてもよい。この場合には、例えば、第1の制御モードでは複数の光電変換部からの信号を個別に読み出し、第2の制御モードでは複数の光電変換部のうち2つ以上の光電変換部からの信号を加算して読み出すようにしてもよい。
(Modification 2)
In the first embodiment described above, an example in which two photoelectric conversion units are arranged in one pixel has been described, but the pixel configuration is not limited to this. The pixel configuration may be configured to have three or more photoelectric conversion units per pixel. In this case, for example, in the first control mode, the signals from the plurality of photoelectric conversion units are individually read out, and in the second control mode, the signals from two or more photoelectric conversion units among the plurality of photoelectric conversion units are read. It may be added and read.

(変形例3)
上述した実施の形態および変形例では、光電変換部としてフォトダイオードを用いる例について説明した。しかし、光電変換部として光電変換膜を用いるようにしてもよい。
(Modification 3)
In the above-described embodiments and modifications, an example in which a photodiode is used as the photoelectric conversion unit has been described. However, a photoelectric conversion film may be used as the photoelectric conversion unit.

(変形例4)
上述の実施の形態および変形例で説明した撮像素子3は、カメラ、スマートフォン、タブレット、PCに内蔵のカメラ、車載カメラ、無人航空機(ドローン、ラジコン機等)に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。
(Modification example 4)
The image pickup element 3 described in the above-described embodiment and modification is applied to a camera, a smartphone, a tablet, a camera built in a PC, an in-vehicle camera, a camera mounted on an unmanned aerial vehicle (drone, radio-controlled model, etc.), and the like. May be good.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other aspects considered within the scope of the technical idea of the present invention are also included within the scope of the present invention.

次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願2017年第16283号(2017年1月31日出願)
The disclosure content of the following priority basic application is incorporated here as a quotation.
Japanese Patent Application No. 16283, 2017 (filed on January 31, 2017)

3 撮像素子、4 制御部、10 画素、11a 第1の光電変換部、11b 第2の光電変換部、17 加算スイッチ部、18 結合スイッチ部、50 垂直転送部 3 Image sensor, 4 Control unit, 10 pixels, 11a 1st photoelectric conversion unit, 11b 2nd photoelectric conversion unit, 17 Addition switch unit, 18 Coupling switch unit, 50 Vertical transfer unit

Claims (23)

光を透過させるマイクロレンズと、
前記マイクロレンズを透過した光を光電変換する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のうち第1の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のうち第2の光電変換部と、
前記第1の光電変換部で光電変換された第1の電荷が転送される第1のフローティングディフュージョンと、
前記第2の光電変換部で光電変換された第2の電荷が転送される第2のフローティングディフュージョンと、
前記第1のフローティングディフュージョンと接続される第1の増幅部と、
前記第2のフローティングディフュージョンと接続される第2の増幅部と、
前記第1の増幅部と接続される第1の信号線と、
前記第2の増幅部と接続される第2の信号線と、
前記第1の増幅部と前記第1の信号線との間と、前記第2の増幅部と前記第2の信号線との間とを接続可能に制御される第1の接続スイッチと、
を備える撮像素子。
A microlens that allows light to pass through,
A plurality of photoelectric conversion units that photoelectrically convert the light transmitted through the microlens, and
The first photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units and
A second photoelectric conversion unit among the plurality of photoelectric conversion units,
The first floating diffusion to which the first charge converted by photoelectric in the first photoelectric conversion unit is transferred, and
A second floating diffusion to which the second charge photoelectrically converted by the second photoelectric conversion unit is transferred, and
A first amplification unit connected to the first floating diffusion,
A second amplification unit connected to the second floating diffusion,
The first signal line connected to the first amplification unit and
A second signal line connected to the second amplification unit,
A first connection switch that is controlled so as to be able to connect between the first amplification unit and the first signal line, and between the second amplification unit and the second signal line.
An image sensor comprising.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第1の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチが接続状態にされる、撮像素子。
In the image pickup device according to claim 1,
The signal based on the first charge is output from the first amplification unit to the first signal line, and the signal based on the second charge is output from the second amplification unit to the first signal line. When the first connection switch is connected, the image pickup device is connected.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1のフローティングディフュージョンと前記第2のフローティングディフュージョンとが接続可能に制御される第2の接続スイッチを備え、
前記第1の電荷及び前記第2の電荷が前記第1のフローティングディフュージョン及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積され、前記第1のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部から前記第1の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチ及び前記第2の接続スイッチが接続状態にされる、撮像素子。
In the image pickup device according to claim 1,
A second connection switch for controlling the first floating diffusion and the second floating diffusion so as to be connectable is provided.
The first charge and the second charge are accumulated in the first floating diffusion and the second floating diffusion, and are accumulated in the charge accumulated in the first floating diffusion and the second floating diffusion. When a signal based on the electric charge is output from the first amplification unit and the second amplification unit to the first signal line, the first connection switch and the second connection switch are brought into a connected state. Image sensor.
請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第2の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチが切断状態にされる、撮像素子。
The image pickup device according to any one of claims 1 to 3.
The signal based on the first charge is output from the first amplification unit to the first signal line, and the signal based on the second charge is output from the second amplification unit to the second signal line. When the first connection switch is turned off, the image sensor is turned off.
請求項1に記載の撮像素子において、
前記第1の信号線を介して前記第1の増幅部に接続される第1の電流源と、
前記第2の信号線を介して前記第2の増幅部に接続される第2の電流源と、を備え、
前記第1の接続スイッチを介して前記第1の電流源と前記第2の増幅部とが接続可能な撮像素子。
In the image pickup device according to claim 1,
A first current source connected to the first amplification unit via the first signal line, and a first current source.
A second current source, which is connected to the second amplification unit via the second signal line, is provided.
An image pickup device to which the first current source and the second amplification unit can be connected via the first connection switch.
請求項5に記載の撮像素子において、
前記第2の電流源において電流の生成が停止されるとき、前記第1の接続スイッチは前記第1の電流源と前記第2の増幅部とを接続状態にする、撮像素子。
In the image pickup device according to claim 5,
An image pickup device that connects the first current source and the second amplification unit to the first connection switch when the generation of current is stopped in the second current source.
請求項5または6に記載の撮像素子において、
前記第1の電流源が前記第1の増幅部に電流を供給し、前記第2の電流源が前記第2の増幅部に電流を供給するとき、前記第1の接続スイッチは切断状態にされる、撮像素子。
In the image pickup device according to claim 5 or 6,
When the first current source supplies current to the first amplification section and the second current source supplies current to the second amplification section, the first connection switch is turned off. Image sensor.
請求項5から7のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の接続スイッチが接続状態にされるとき、前記第1の電流源が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部に電流を供給することにより、前記第2の増幅部が飽和領域で動作する、撮像素子。
In the image pickup device according to any one of claims 5 to 7.
When the first connection switch is put into the connected state, the first current source supplies current to the first amplification unit and the second amplification unit, so that the second amplification unit is saturated. An image sensor that operates in the area.
請求項5から8のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の電流源が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部に電流を供給するとき、前記第1の接続スイッチは接続状態にされる、撮像素子。
The image pickup device according to any one of claims 5 to 8.
An image pickup device in which the first connection switch is brought into a connected state when the first current source supplies a current to the first amplification unit and the second amplification unit.
請求項5から9のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第1の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチが接続状態にされ、前記第1の接続スイッチを介して前記第1の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される、撮像素子。
In the image pickup device according to any one of claims 5 to 9.
The signal based on the first charge is output from the first amplification unit to the first signal line, and the signal based on the second charge is output from the second amplification unit to the first signal line. When the first connection switch is connected, a current is supplied from the first current source to the second amplification unit via the first connection switch.
請求項5から10のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第2の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチが切断状態にされ、前記第1の電流源から前記第1の増幅部に電流が供給され、前記第2の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される、撮像素子。
In the image pickup device according to any one of claims 5 to 10.
The signal based on the first charge is output from the first amplification unit to the first signal line, and the signal based on the second charge is output from the second amplification unit to the second signal line. At that time, the first connection switch is turned off, a current is supplied from the first current source to the first amplification unit, and a current is supplied from the second current source to the second amplification unit. Is supplied with an image pickup element.
請求項5から11のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1のフローティングディフュージョンと前記第2のフローティングディフュージョンとが接続可能に制御される第2の接続スイッチを備える、撮像素子。
In the image pickup device according to any one of claims 5 to 11.
An image pickup device comprising a second connection switch in which the first floating diffusion and the second floating diffusion are controlled so as to be connectable.
請求項12に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷及び前記第2の電荷が前記第1のフローティングディフュージョン及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積され、前記第1のフローティングディフュージョン及び前記第2のフローティングディフュージョンに蓄積された電荷に基づく信号が前記第1の増幅部及び前記第2の増幅部から前記第1の信号線に出力されるとき、前記第2の接続スイッチ及び前記第1の接続スイッチが接続状態にされ、前記第1の接続スイッチを介して前記第1の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される、撮像素子。
In the image pickup device according to claim 12,
A signal based on the charge accumulated in the first floating diffusion and the second floating diffusion, and the first charge and the second charge are accumulated in the first floating diffusion and the second floating diffusion. Is output from the first amplification unit and the second amplification unit to the first signal line, the second connection switch and the first connection switch are put into a connected state, and the first connection switch is connected. An image pickup device in which a current is supplied from the first current source to the second amplification unit via a connection switch.
請求項12または13に記載の撮像素子において、
前記第1の電荷に基づく信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく信号が前記第2の増幅部から前記第2の信号線に出力されるとき、前記第1の接続スイッチ及び前記第2の接続スイッチが切断状態にされ、前記第1の電流源から前記第1の増幅部に電流が供給され、前記第2の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される、撮像素子。
In the image pickup device according to claim 12 or 13,
The signal based on the first charge is output from the first amplification unit to the first signal line, and the signal based on the second charge is output from the second amplification unit to the second signal line. When this is done, the first connection switch and the second connection switch are turned off, a current is supplied from the first current source to the first amplification unit, and the second current source supplies the current. An image pickup element in which a current is supplied to the second amplification unit.
請求項5から14のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の増幅部と前記第1の信号線とに接続される第1の選択部と、
前記第2の増幅部と前記第2の信号線とに接続される第2の選択部とを備え、
前記第1の増幅部は前記第1の選択部を介して前記第1の信号線に接続され、
前記第2の増幅部は前記第2の選択部を介して前記第2の信号線に接続される撮像素子。
The image pickup device according to any one of claims 5 to 14.
A first selection unit connected to the first amplification unit and the first signal line,
A second selection unit connected to the second amplification unit and the second signal line is provided.
The first amplification unit is connected to the first signal line via the first selection unit.
The second amplification unit is an image pickup device connected to the second signal line via the second selection unit.
請求項15に記載の撮像素子において、
前記第1の接続スイッチは、前記第1の増幅部と前記第1の選択部の間の領域と、前記第2の増幅部と前記第2の選択部の間の領域とを接続可能である撮像素子。
In the image pickup device according to claim 15,
The first connection switch can connect the region between the first amplification unit and the first selection unit and the region between the second amplification unit and the second selection unit. Image sensor.
請求項15または16に記載の撮像素子において、
前記第1の選択部が前記第1の増幅部と前記第1の信号線とを接続状態にし、前記第2の選択部が前記第2の増幅部と前記第2の信号線とを切断状態にするとき、前記第1の接続スイッチは接続状態にされ、前記第1の接続スイッチを介して前記第1の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される撮像素子。
In the image pickup device according to claim 15 or 16.
The first selection unit connects the first amplification unit and the first signal line, and the second selection unit disconnects the second amplification unit and the second signal line. At this time, the first connection switch is put into a connected state, and a current is supplied from the first current source to the second amplification unit via the first connection switch.
請求項15から17のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の選択部が前記第1の増幅部と前記第1の信号線とを接続状態にし、前記第2の選択部が前記第2の増幅部と前記第2の信号線とを接続状態にするとき、前記第1の接続スイッチは切断状態にされ、前記第1の電流源から前記第1の増幅部に電流が供給され、前記第2の電流源から前記第2の増幅部に電流が供給される撮像素子。
The image pickup device according to any one of claims 15 to 17.
The first selection unit connects the first amplification unit and the first signal line, and the second selection unit connects the second amplification unit and the second signal line. At this time, the first connection switch is turned off, a current is supplied from the first current source to the first amplification unit, and a current is supplied from the second current source to the second amplification unit. Is supplied with an image sensor.
請求項1から18のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1の光電変換部と接続される第1の転送部と、
前記第2の光電変換部と接続される第2の転送部とを備え、
前記第1の光電変換部は前記第1の転送部を介して前記第1のフローティングディフュージョンと接続され、前記第2の光電変換部は前記第2の転送部を介して前記第2のフローティングディフュージョンと接続される撮像素子。
The image pickup device according to any one of claims 1 to 18.
A first transfer unit connected to the first photoelectric conversion unit,
A second transfer unit connected to the second photoelectric conversion unit is provided.
The first photoelectric conversion unit is connected to the first floating diffusion via the first transfer unit, and the second photoelectric conversion unit is connected to the second floating diffusion via the second transfer unit. An image sensor connected to.
請求項1から19のいずれか一項に記載の撮像素子において、
前記第1のフローティングディフュージョンに接続される第1のリセット部と、
前記第2のフローティングディフュージョンに接続される第2のリセット部とを備え、
前記第1のフローティングディフュージョンは前記第1のリセット部を介して前記第1の増幅部に接続され、
前記第2のフローティングディフュージョンは前記第2のリセット部を介して前記第2の増幅部に接続される撮像素子。
In the image pickup device according to any one of claims 1 to 19.
The first reset unit connected to the first floating diffusion and
A second reset section connected to the second floating diffusion is provided.
The first floating diffusion is connected to the first amplification section via the first reset section.
The second floating diffusion is an image pickup device connected to the second amplification unit via the second reset unit.
請求項1から20のいずれか一項に記載の撮像素子と、
前記撮像素子に被写体からの光を結像させる撮像光学系と、
前記撮像素子と前記撮像光学系とを制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記第1の接続スイッチが切断状態のときに、前記撮像素子から出力される信号に基づいて前記撮像光学系の焦点検出を行う焦点検出部を有する撮像装置。
The image pickup device according to any one of claims 1 to 20 and the image sensor.
An image pickup optical system that forms an image of light from a subject on the image sensor,
A control unit for controlling the image pickup element and the image pickup optical system is provided.
The control unit is an image pickup device having a focus detection unit that detects the focus of the image pickup optical system based on a signal output from the image pickup element when the first connection switch is in the disconnected state.
請求項21に記載の撮像装置において、
前記撮像光学系は、焦点調節レンズと前記焦点調節レンズの位置を変更する駆動部とを有し、
前記焦点検出部は、前記第1の接続スイッチが切断状態であり、前記第1の電荷に基づく第1の信号が前記第1の増幅部から前記第1の信号線に出力され、前記第2の電荷に基づく第2の信号が前記第2の増幅部から前記第2の信号線に出力されるとき、前記第1の信号と前記第2の信号とに基づいて、前記焦点調節レンズの駆動量を決定し、
前記制御部は、前記駆動量に基づいて前記駆動部を駆動する撮像装置。
In the image pickup apparatus according to claim 21,
The imaging optical system has a focus adjusting lens and a driving unit that changes the position of the focus adjusting lens.
In the focus detection unit, the first connection switch is disconnected, the first signal based on the first charge is output from the first amplification unit to the first signal line, and the second signal line is output. When a second signal based on the electric charge of the above is output from the second amplification unit to the second signal line, the focus adjustment lens is driven based on the first signal and the second signal. Determine the amount,
The control unit is an image pickup device that drives the drive unit based on the drive amount.
請求項1から20のいずれか一項に記載の撮像素子を備える撮像装置。 An image pickup apparatus comprising the image pickup device according to any one of claims 1 to 20.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11177311B2 (en) * 2016-03-29 2021-11-16 Nikon Corporation Image sensor and image capture device
US11252367B2 (en) * 2017-08-01 2022-02-15 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-stage image sensor, imaging device, and method of controlling solid-state image sensor
KR20230157329A (en) * 2021-03-24 2023-11-16 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 Imaging elements and imaging devices
JP2022170557A (en) * 2021-04-28 2022-11-10 キヤノン株式会社 Method for driving ad conversion circuit, ad conversion circuit, photoelectric conversion device, and apparatus
KR20230062171A (en) * 2021-10-29 2023-05-09 삼성전자주식회사 Image sensor, method for sensing image and electronic device including the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016139859A (en) * 2015-01-26 2016-08-04 キヤノン株式会社 Imaging device, control method for the same, program and storage medium

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1102323B1 (en) 1999-11-19 2012-08-15 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA - Recherche et Développement Method for detecting electromagnetic radiation using an optoelectronic sensor
US6958776B2 (en) * 2000-07-12 2005-10-25 Vanguard International Semiconductor Corp. Method and apparatus of controlling a pixel reset level for reducing an image lag in a CMOS sensor
US6914227B2 (en) * 2001-06-25 2005-07-05 Canon Kabushiki Kaisha Image sensing apparatus capable of outputting image by converting resolution by adding and reading out a plurality of pixels, its control method, and image sensing system
JP2004304012A (en) * 2003-03-31 2004-10-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Solid state image pickup device and its manufacturing method
JP4416753B2 (en) * 2006-03-31 2010-02-17 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device
JP5744599B2 (en) 2011-03-31 2015-07-08 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging apparatus
CN111866416B (en) 2013-11-18 2023-12-05 株式会社尼康 Solid-state imaging element and imaging device
JP6413401B2 (en) * 2014-07-03 2018-10-31 株式会社ニコン Solid-state image sensor
JP6368128B2 (en) * 2014-04-10 2018-08-01 キヤノン株式会社 Imaging device and imaging apparatus
JP2015211257A (en) 2014-04-24 2015-11-24 株式会社東芝 Solid state image sensor
JP6676393B2 (en) * 2015-03-11 2020-04-08 キヤノン株式会社 Solid-state imaging device and imaging device including the same
JP5897752B1 (en) 2015-05-14 2016-03-30 ブリルニクスジャパン株式会社 Solid-state imaging device, driving method thereof, and electronic apparatus
JP6558998B2 (en) * 2015-07-28 2019-08-14 キヤノン株式会社 Imaging device
CN113676680A (en) 2017-01-31 2021-11-19 株式会社尼康 Image pickup device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016139859A (en) * 2015-01-26 2016-08-04 キヤノン株式会社 Imaging device, control method for the same, program and storage medium

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